[發明專利]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

有效

• 申請號: 201210009093.5
• 申請日: 2012-01-12
• 公開（公告）號: CN102709165A
• 公開（公告）日: 2012-10-03
• 發明（設計）人: 田志;謝欣云
• 申請（專利權）人: 上海華力微電子有限公司
• 主分類號: H01L21/28
• 分類號: H01L21/28;H01L21/8246;H01L29/423;H01L27/112
• 代理公司: 上海思微知識產權代理事務所(普通合伙) 31237
• 代理人: 陸花

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

氮化硅只讀存儲器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一個舒適的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一個關注，但NROM器件已經具有在150度條件下，保存10年的100k次循環的可靠性能。NROM用ONO(Oxide-Nitride-Oxide，二氧化硅/氮化硅/二氧化硅)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1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一個深耗盡帶(導帶)到帶(價帶)的隧穿。空穴得到能量注入ONO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(bit1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1的讀取，如圖4所示，其中示出了漏極電壓為V_D＝0V及V_D＝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，造成擦除電壓的增大，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，提供一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極；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。

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極。

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墻。

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。

進一步優選地，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＝0.1。

優選地，所述富硅氮化硅層的硅含量和/或氮含量是均勻的。