專利名稱：Sonos結構制造方法以及sonos結構的制作方法
技術領域：
本發明涉及半導體制造領域，更具體地說，本發明涉及ー種SONOS結構制造方法以及SONOS結構。
背景技術：
隨著半導體存儲器件的小型化、微型化，傳統多晶硅浮柵存儲因為疊層厚度過大，對隧穿氧化層絕緣性要求過高而難以適應未來存儲器的發展要求。最近，基于絕緣性能優異的氮化娃的 SONOS (Polysi Iicon-Oxide-Nitride-Oxide-Si I icon,娃 / ニ氧化娃 / 氮化硅/ ニ氧化硅/硅)非易失性存儲器件，以其相對于傳統多晶硅浮柵存儲器更強的電荷存儲能力，易于實現小型化和エ藝簡單等特性而重新受到重視。Kuo-Hong Wu(S0N0S device with tapered bandgap nitride layer, IEEE transcation on electron devices, Vol. 52,No. 5,May 2005. Kuo-Hong Wu, etc)提出一種基于S0N0S的錐形能帶的結構，即通過控制反應氣體的流速比來控制生成的氮化硅層原子數比，使得靠近隧穿氧化層2 (圖I)部分的氮化硅含有較多的Si (圖I中的漸變的氮化硅層5的下部)，而靠近阻擋氧化層3的氮化硅含有較多的N (圖I中的漸變的氮化硅層5的上部)，Si/N比是逐漸變化的，最終氮化硅層的能帶結構是錐形的如圖I。在P/E最佳操作電壓下，對標準氮化硅層、錐形能帶結構氮化硅層進行測試，發現具有錐形能帶結構的氮化硅器件有較大的閾值電壓偏移和更大的存儲窗ロ。通過對新器件的耐久能力進行測試，發現新器件在P/E循環IO6次后，仍未觀察到耐久能力的退化。室溫下器件的電荷保持能力沒有得到改善，但由于有較大的閾值電壓偏移，運用外推法推測，經過10年后依然還有I. 3V的存儲窗ロ。但是這個錐形的能帶結構由于淺陷阱能級較少，使其初始的編譯和擦除速度較慢。對于S0N0S的能帶改進的方法，中國專利(申請號200910057131. 2)和CHIEN HC等人的文章(Two2bit S0N0S type flash using a band engineering in the nit ridelayer. Microelectronic Engineering, 2005,80 (17) :256-259. CHIEN H C et al.)提出了ー種改進的錐形結構(橄欖型的能帶結構)，將通過控制L PCVD過程中反應氣體的流速比，使靠近隧穿氧化層2和阻擋氧化層3部分的氮化硅層中Si含量較多，中間部分N含量較高，最終形成的S0N0S器件的能帶結構如圖2所示。從能帶圖上分析，在氮化層與相鄰氧化硅層界面勢壘高度要比標準情況下大，這樣被存儲的電荷不容易從氮化硅層中脫離，數據的保持性得以提高；此外，從襯底注入的電荷先分布在較淺的俘獲點，然后遷移到臨近較深的俘獲點，這種非均勻結構的氮化硅層比均勻的氮化硅層具有更高的電荷俘獲效率。對這種新器件進行性能測試，并與標準的氮化硅層器件和錐形能帶結構的氮化硅層器件比較，發現其閾值電壓移動和P/E操作窗ロ都比較大；室溫下耐久能力和電荷保持能力與錐形能帶結構的氮化硅層器件相近，均比標準氮化硅層器件的性能好。但這個改進也沒有對初始的編譯擦除速度有明顯的改善。

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，提供一種能夠改善具有錐形能帶氮化硅SONOS器件編譯和擦除速度的方法。根據本發明的第一方面，提供了ー種SONOS結構制造方法，其包括在襯底上制備隧穿氧化層；在所述隧穿氧化層上制備富硅的氮化硅層，所述富硅的氮化硅層的Si/N比是恒定的；在所述富硅的氮化硅層上制備硅含量漸變的氮化硅層；以及在所述硅含量漸變的氮化硅層上制備阻擋氧化層；其中，所述硅含量漸變的氮化硅層在從所述富硅的氮化硅層到所述阻擋氧化層的方向上硅含量漸少。優選地，所述的SONOS結構制造方法還包括在所述阻擋氧化層上制備制備柵電扱。優選地，在所述在所述隧穿氧化層上制備富硅的氮化硅層的步驟中，エ藝氣體的條件為 SiH2Cl2/NH3 = 2. 07。優選地，在所述在所述富硅的氮化硅層上制備硅含量漸變的氮化硅層的步驟中，SiH2C12/NH3的值隨著時間逐漸變小，并最終變為SiH2Cl2/NH3 = 0. I。優選地，所述富硅的氮化硅層的厚度是所述硅含量漸變的氮化硅層5的厚度的1/10 至 1/2。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SONOS結構制造方法制成的SONOS結構，其包括布置在襯底上的隧穿氧化層、布置在所述隧穿氧化層上的富硅的氮化硅層、布置在所述富硅的氮化硅層上的硅含量漸變的氮化硅層、布置在所述硅含量漸變的氮化硅層的阻擋氧化層、以及布置在所述阻擋氧化層上的柵電扱；其中，所述富硅的氮化硅層的Si/N比是恒定的，并且所述硅含量漸變的氮化硅層在從所述富硅的氮化硅層到所述阻擋氧化層的方向上硅含量漸少。優選地，所述富硅的氮化硅層的厚度是所述硅含量漸變的氮化硅層5的厚度的1/10 至 1/2。根據本發明，通過改進SONOS結構中的氮化硅層結構，形成ー層富硅的氮化硅層和漸變氮化硅層；由于富硅的氮化硅層中有更多的淺陷阱能級，有利于捕獲電荷，増加編譯和擦除的速度。并且，由漸變氮化硅層產生的深陷阱能級可以接收淺陷阱能級通過水平跳躍的電荷，這樣不僅得到更多的電荷，而且這些電荷被限制在Si/N漸變的氮化硅層中富氮的氮化硅層中較深的陷阱能級能夠增加電荷的保留時間，使器件的可靠性增加。此外，這種結構不僅可以改善漸變氮化硅層的初始編譯和擦除速度，而且可以通過調節硅含量高的氮化硅層和漸變氮化硅層厚度的比例來實現不同的編譯和擦除速度，有廣泛的適用范圍。



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是根據現有技術的形成具有錐形帶隙氮化硅層SONOS器件的示意圖。圖2是根據現有技術的改進的具有漸變氮化硅層SONOS結構的能帶示意圖。圖3是根據本發明實施例的具有富硅的氮化硅層和漸變氮化硅層的SONOS結構。圖4是根據本發明實施例的改進的具有高硅含量氮化硅層和漸變氮化硅層的SONOS結構能級示意圖。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3是根據本發明實施例的具有富硅的氮化硅層和漸變氮化硅層的SONOS結構。如圖3所示，在形成SONOS結構柵極的過程中，先在P型襯底I上制備ー層隧穿氧化層2，然后在隧穿氧化層2上制備ー層富硅的氮化硅層502，然后在這層富硅的氮化硅層502上形成硅含量漸變的氮化硅層5，直到形成富氮的氮化硅層501。硅含量漸變的氮化硅 層5在從富娃的氮化娃層502到阻擋氧化層3的方向上娃含量漸少?？梢酝ㄟ^控制含硅和含氮氣體的比率或是流速來實現不同硅含量和氮含量氮化硅層如圖3所示的這些氮化硅層?；谝郧暗牡璧矸e方法，這種硅含量較高的結構是可以實現的。例如，本改進方案可以應用在具有SONOS柵極結構的器件中，在形成SONOS結構的過程中，通過調節SiH2Cl2/NH3 = 2. 07形成ー層富娃的氮化娃層501,由此,富娃的氮化娃層501的Si/N比是恒定的。然后，在這層富硅的氮化硅層502上，形成硅含量漸變的氮化硅層5，在此期間，SiH2Cl2/NH3的值隨著時間逐漸變小。優選地，可使最頂層的富氮的氮化硅層501的形成時的SiH2Cl2/NH3 = 0. I。即，所述富硅的氮化硅層上制備硅含量漸變的氮化硅層的步驟中，SiH2Cl2/NH3的值隨著時間逐漸變小，并最終變為SiH2Cl2/NH3 = 0. I。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娃層。進ー步地，在上述形成富氮的氮化硅層501之后，可在硅含量漸變的氮化硅層5上制備阻擋氧化層3。最后，在阻擋氧化層3上制備柵電極4。通過這樣的氮化硅層結構可以在襯底附近形成具有更多淺陷阱能級的富硅氮化硅層，圖4給出這種SONOS結構的能級圖。在有ー層厚度為d的富娃的氮化娃層502和其上淀積的娃含量漸變的氮化娃層5的SONOS結構中，厚度為d的富硅的氮化硅層502中的大量淺陷阱能級可以俘獲更多的電子，使初始編譯速度増加，而且當電子到達一定數量吋，從襯底注入的電子進入淺陷阱能級，隨后通過水平方向的跳躍進入更深的陷阱能級。當擦除時，深陷阱能級里的電子逐漸進入淺能級，到達富硅的氮化硅層502的淺陷阱能級，聚集后較容易進入襯底，比單純的漸變硅含量的氮化硅層的擦除速度要快。優選地，可以通過調節富硅氮化硅層的厚度和漸變氮化硅層的厚度的比例來調節起始編譯速度的改善和器件可靠性之間的調節，為不同的器件要求提供了ー種彈性的選擇。根據上述SONOS結構制造方法，形成了ー個SONOS結構，該SONOS結構包括布置在P型襯底I上的隧穿氧化層2、布置在隧穿氧化層2上的富硅的氮化硅層502、布置在富娃的氮化娃層502上的娃含量漸變的氮化娃層5、布置在娃含量漸變的氮化娃層5的阻擋氧化層3、以及布置在阻擋氧化層3上的柵電極4。其中，所述富硅的氮化硅層的Si/N比是恒定的。并且,其中，娃含量漸變的氮化娃層5在從富娃的氮化娃層502到阻擋氧化層3的方向上硅含量漸少。例如，硅含量漸 變的氮化硅層5在鄰近阻擋氧化層3的表面上形成了富氮的氮化娃層501。在一個優選示例中，富硅的氮化硅層502的厚度d例如是硅含量漸變的氮化硅層5的厚度的1/10至1/2。通過改進SONOS中氮化硅層的結構，在漸變氮化硅層下引入一層均勻的富硅的氮化硅層502，這個富硅的氮化硅層502能夠提供更多的淺陷阱能級。富硅的氮化硅層502有較多淺陷阱能級，可以更快的存儲從襯底來的電荷，從而提高SONOS器件初始的編譯速度。這些淺陷阱能級在擦除操作中，由于大量淺陷阱能級的存在，可以更快地將從深陷阱能級來的電荷中和，提高SONOS結構器件的初始擦除速度。總之，根據本發明實施例，通過改進SONOS結構中的氮化硅層結構，形成一層富硅的氮化娃層502和漸變氮化娃層5 ;由于富娃的氮化娃層中有更多的淺陷講能級,利于捕獲電荷，増加編譯和擦除的速度。并且，由漸變氮化硅層產生的深陷阱能級可以接收淺陷阱能級通過水平跳躍的電荷。這樣不僅得到更多的電荷，而且這些電荷被限制在Si/N漸變的氮化娃層中富氮的氮化娃層中較深的陷講能級能夠增加電荷的保留時間(retention time),使器件的可靠性增加。此外，這種結構不僅可以改善漸變氮化硅層的初始編譯和擦除速度，而且可以通過調節硅含量高的氮化硅層和漸變氮化硅層厚度的比例來實現不同的編譯和擦除速度，有廣泛的適用范圍。需要說明的是，雖然以P型襯底說明了本發明，但是本發明同樣適用于N型襯底情況?？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SONOS結構制造方法，其特征在于包括 在襯底上制備隧穿氧化層； 在所述隧穿氧化層上制備富硅的氮化硅層，所述富硅的氮化硅層的Si/N比是恒定的； 在所述富硅的氮化硅層上制備硅含量漸變的氮化硅層；以及 在所述硅含量漸變的氮化硅層上制備阻擋氧化層； 其中，所述硅含量漸變的氮化硅層在從所述富硅的氮化硅層到所述阻擋氧化層的方向上硅含量漸少。
2.根據權利要求I所述的SONOS結構制造方法，其特征在于還包括在所述阻擋氧化層上制備制備柵電極。
3.根據權利要求I或2所述的SONOS結構制造方法，其特征在于，在所述隧穿氧化層上制備富硅的氮化硅層的步驟中，工藝氣體的條件為SiH2Cl2/NH3 = 2. 07。
4.根據權利要求I或2所述的SONOS結構制造方法，其特征在于，在所述富硅的氮化硅層上制備硅含量漸變的氮化硅層的步驟中，SiH2Cl2/NH3的值隨著時間逐漸變小，并最終變為 SiH2Cl2/NH3 = 0.1o
5.根據權利要求I或2所述的SONOS結構制造方法，其特征在于，所述富硅的氮化硅層的厚度是所述硅含量漸變的氮化硅層5的厚度的1/10至1/2。
6.一種根據權利要求I至5所述的SONOS結構制造方法制成的SONOS結構，其特征在于包括布置在襯底上的隧穿氧化層、布置在所述隧穿氧化層上的富硅的氮化硅層、布置在所述富硅的氮化硅層上的硅含量漸變的氮化硅層、布置在所述硅含量漸變的氮化硅層的阻擋氧化層、以及布置在所述阻擋氧化層上的柵電極；其中，所述富硅的氮化硅層的Si/N比是恒定的，并且所述硅含量漸變的氮化硅層在從所述富硅的氮化硅層到所述阻擋氧化層的方向上娃含量漸少。
7.根據權利要求6所述的SONOS結構，其特征在于，所述富硅的氮化硅層的厚度是所述硅含量漸變的氮化硅層5的厚度的1/10至1/2。
全文摘要
本發明提供了一種SONOS結構制造方法以及SONOS結構。根據本發明的SONOS結構制造方法包括在襯底上制備隧穿氧化層；在隧穿氧化層上制備富硅的氮化硅層，富硅的氮化硅層的Si/N比是恒定的；在富硅的氮化硅層上制備硅含量漸變的氮化硅層；以及在硅含量漸變的氮化硅層上制備阻擋氧化層；其中，硅含量漸變的氮化硅層在從所述富硅的氮化硅層到所述阻擋氧化層的方向上硅含量漸少。通過改進SONOS結構中的氮化硅層結構，形成一層富硅的氮化硅層和漸變氮化硅層；由于富硅的氮化硅層中有更多的淺陷阱能級，有利于捕獲電荷，增加編譯和擦除的速度。并且，這些電荷被限制在Si/N漸變的氮化硅層中富氮的氮化硅層中較深的陷阱能級能夠增加電荷的保留時間，使器件的可靠性增加。
文檔編號H01L29/51GK102709168SQ20121000921
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