[發(fā)明專利]一種提高B4-Flash器件耐久性的方法

有效

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• 申請日: 2014-03-20
• 公開（公告）號: CN103972179A
• 公開（公告）日: 2014-08-06
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 陳精緯
• 申請（專利權(quán)）人: 上海華力微電子有限公司
• 主分類號: H01L21/8247
• 分類號: H01L21/8247
• 代理公司: 上海申新律師事務(wù)所 31272
• 代理人: 吳俊

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造領(lǐng)域，尤其涉及一種提高B4-Flash器件耐久性的方法。

背景技術(shù)

針對NOR閃存記憶單元，限制其尺寸繼續(xù)縮減的最主要原因是柵極長度的縮短。這主要是由于溝道熱電子（CHE）注入編程方式要求漏端有一定的電壓（至少6V以上），而這個電壓對源漏區(qū)的穿透具有很大的影響，對于短溝道器件溝道熱電子（CHE）方式并不適用。另外一個問題是相比于NAND和AND閃存器件，NOR flash的存儲密度較小。

Shoji Shukuri et.al提出了一種新穎的利用襯底偏壓協(xié)助的帶到帶的隧穿引起的熱電子（B4–flash）來進行編程的P溝道記憶單元(“60nm NOR Flash Memory Cell Technology Utilizing Back Bias Assisted Band-to-Band Tunneling Induced Hot-Electron Injection(B4-Flash)”,2006Symposium on VLSI Technology Digest of Technical Papers），其中的編程是利用襯底協(xié)助的帶到帶的隧穿，如圖1所示，首先，這種器件是由門極和漏區(qū)電壓產(chǎn)生的電場產(chǎn)生帶到帶的隧穿電子；然后，這些電子受到襯底偏置電壓產(chǎn)生的漏區(qū)空間電荷區(qū)電場加速到離開漏區(qū)有一定距離的區(qū)域；最后，在襯底偏置電壓和門極電壓的垂直電場的作用下注入到電荷存儲層。

由于有襯底偏壓的存在，漏區(qū)電壓可以從理論上至少6V降到1.8V以下。漏區(qū)電壓的下降提高了器件的擊穿(Breakdown)性能,使溝道長度可以進一步縮短，器件存儲密度提高。

同時，B4flash由于采用帶到帶隧穿(Band to Band tunneling)的編程方式,速度比傳統(tǒng)采用熱載流子注入（Hot carrier injection）的編程方式快很多。現(xiàn)在量產(chǎn)的成熟工藝的B4flash讀寫速度可達到100MB/S,遠超同類產(chǎn)品。B4flash可廣泛運用于通信，醫(yī)療，汽車和家電等領(lǐng)域,具有非常好的市場前景。

半導(dǎo)體器件中可靠性是很重要的參數(shù)。一般的器件（邏輯器件，高壓器件等）需要達到一些器件可靠性標(biāo)準(zhǔn)，諸如：熱電子HCI（Hot carrier injection）,柵氧質(zhì)量GOI（Gate oxide Integrity）等；閃存作為存儲器件，可靠性標(biāo)準(zhǔn)比一般的邏輯器件更嚴(yán)格，其中耐久性(Endurance)是非常重要的一個標(biāo)準(zhǔn)。合格的閃存器件為了確保使用壽命，至少要達到100K的讀寫次數(shù)。

影響耐久性的一個重要因素是隧穿氧化層(tunnel oxide)的質(zhì)量，閃存器件在編程和擦除過程中通常會要求高電壓，高電壓使隧穿氧化層產(chǎn)生電荷陷阱（electron trap），電荷陷阱會在閃存讀寫過程中收集電子，產(chǎn)生漏電，同時這些電子的聚集也會產(chǎn)生大的反向電場，使編程和擦除過程中的閾值電壓提高，閾值電壓窗口（Vt window）變小，閃存器件耐久性降低。

由此，改善隧穿氧化層質(zhì)量，就能減少因為電荷陷阱導(dǎo)致的器件失效，常用的方法是生長高質(zhì)量的隧穿氧化層，如用Applied Materials提出的最新的ISSG(In-situ stream Generation)等工藝方法；即在生長隧穿氧化層后用氮氣(N2)，氧化氮(NO)等氣體退火。因為用含氮氣體退火后會在隧穿氧化層表面形成Si-N鍵，Si-N鍵的鍵力比Si-H鍵的鍵力高，能減少電荷陷阱的產(chǎn)生，提高器件的可靠性。

另外一個提高閃存耐久性的重要方法是減少器件的漏電流，如果閃存器件的漏電流過大，會損傷隧穿氧化層，導(dǎo)致器件可靠性下降。