[發(fā)明專(zhuān)利]一種改善隧穿氧化層可靠性的方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011517680.6
• 申請(qǐng)日: 2020-12-21
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112490119A
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-03-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 彭利;李泓博
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 上海華力微電子有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): H01L21/28
• 分類(lèi)號(hào): H01L21/28
• 代理公司: 上海浦一知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31211
• 代理人: 戴廣志

本發(fā)明提供一種改善隧穿氧化層可靠性的方法，提供硅基底；在硅基底上表面形成第一氧化硅層；在第一氧化硅層和所述硅基底界面摻氮，形成位于第一氧化硅層和硅基底界面處的氮氧化硅層；氧化硅基底上表面，在氮氧化硅層和硅基底界面處形成第二氧化硅層，其中氧化硅基底上表面的反應(yīng)溫度為900℃，反應(yīng)氣體為氧氣；在第一氧化硅層上形成浮柵。本發(fā)明通過(guò)在LPRO以及NO退火工藝后增加再氧化工藝使摻N峰遠(yuǎn)離SiO2?Si界面，從而達(dá)到改善界面性能，提高器件可靠性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種改善隧穿氧化層可靠性的方法。

背景技術(shù)

作為隧穿氧化層的氮氧化硅，必須要有較好的薄膜特性和工藝可控性，所以一般工藝是先形成一層致密的、高質(zhì)量的二氧化硅層，然后通過(guò)對(duì)二氧化硅氮化來(lái)實(shí)現(xiàn)。ISSG(原位蒸汽生成)和LPRO(低壓自由基氧化)工藝氧化膜質(zhì)量較高，可作為隧穿氧化層。然而，ISSG常用于生長(zhǎng)薄氧化膜，且在使用時(shí)伴隨著overlay的問(wèn)題。相對(duì)而言，LPRO的反應(yīng)氣為氫氣和氧氣，且為低壓條件，與常壓反應(yīng)相比，低壓反應(yīng)形成的氧化膜均勻性更好，且膜質(zhì)更致密。而氮化工藝主要有N2O或NO退火。N2O在退火過(guò)程中會(huì)分解出氧化性很強(qiáng)的原子氧，摻N的同時(shí)會(huì)進(jìn)一步氧化硅基底，并且會(huì)置換出已經(jīng)摻入的氮原子，因此N2O退火摻N存在摻N量小、氧化膜變厚的缺點(diǎn)。相比之下，采用NO退火摻N量大，并且原有的氧化膜厚度變化很小，因此NO退火被廣泛用于對(duì)氧化膜界面進(jìn)行摻N用于改善器件的擦寫(xiě)次數(shù)(cycling)性能。

19nm NAND cell區(qū)的隧穿氧化層(Tunnel Oxide)與低壓(LV)區(qū)柵氧層共用一道工序，采用LPRO以及NO退火工藝形成氮氧化硅，其中NO退火的摻氮峰靠近SiO2和Si基底之間。

Si-SiO2界面摻N，引入的N優(yōu)先與Si-SiO2界面的缺陷如Si懸掛鍵或Si-O扭曲鍵反應(yīng)形成Si-N鍵，而在SiO2網(wǎng)絡(luò)中Si-N鍵的晶格不匹配會(huì)使附近的Si-O鍵扭曲和削弱，從而在界面生成更多的易斷裂鍵，在F-N應(yīng)力作用下導(dǎo)致更多的Si和O懸掛鍵。

對(duì)于隧穿氧化層來(lái)說(shuō)，氮含量越高，擦寫(xiě)次數(shù)越好；而對(duì)于柵氧層，氮含量會(huì)增強(qiáng)NBTI(負(fù)偏壓溫度不穩(wěn)定)退化(N在NBTI效應(yīng)中提供空穴陷阱且充當(dāng)了氫離子陷阱中心)，從而導(dǎo)致器件閾值電壓漂移。

由于NBTI反應(yīng)發(fā)生在Si-SiO2界面，因此只有Si-SiO2界面處的N才會(huì)對(duì)NBTI造成嚴(yán)重的影響。

發(fā)明內(nèi)容

鑒于以上所述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于提供一種改善隧穿氧化層可靠性的方法，用于解決現(xiàn)有技術(shù)中在隧穿氧化層形成過(guò)程中，Si/SiO2界面處的N影響器件性能的問(wèn)題。

為實(shí)現(xiàn)上述目的及其他相關(guān)目的，本發(fā)明提供一種改善隧穿氧化層可靠性的方法，該方法至少包括以下步驟：

步驟一、提供硅基底；在所述硅基底上表面形成第一氧化硅層；

步驟二、在所述第一氧化硅層和所述硅基底界面摻氮，形成位于所述第一氧化硅層和所述硅基底界面處的氮氧化硅層；

步驟三、氧化所述硅基底上表面，在所述氮氧化硅層和所述硅基底界面處形成第二氧化硅層，其中氧化所述硅基底上表面的反應(yīng)溫度為900℃，反應(yīng)氣體為氧氣；

步驟四、在所述第一氧化硅層上形成浮柵。

優(yōu)選地，步驟一中在所述硅基底表面形成所述第一氧化硅層的方法采用低壓自由基氧化法。

優(yōu)選地，步驟二中采用NO退火工藝在所述第一氧化硅層和所述硅基底界面摻氮。

優(yōu)選地，步驟三中在所述氮氧化硅層和所述硅基底界面處形成所述第二氧化硅層的方法采用低壓自由基氧化法。

優(yōu)選地，步驟二中形成的所述氮氧化硅層用于19nm NAND cell區(qū)的隧穿氧化層。