SONOS器件以及SONOS器件制造方法與流程

本發明涉及半導體制造領域，更具體地說，本發明涉及一種SONOS(硅-氧化物-氮化物-氧化物-硅)器件以及SONOS器件制造方法。

背景技術：

在半導體集成電路制造中，SONOS(硅-氧化物-氮化物-氧化物-硅)復合結構的氮化物層是在深能級中捕獲電荷，如圖1所示，SONOS具有抗擦寫能力好，操作電壓和功率低，工藝過程簡單與標準CMOS工藝兼容等優勢。

但是，隨著存儲容量日益增大，工作電壓不斷減小，要求SONOS期間尺寸縮小并且隧穿氧化層不斷減薄，這些導致SONOS器件的電荷保持能力變差，嚴重阻礙了SONOS的應用發展，因此SONOS器件的研究主要集中在數據丟失路徑，電荷存儲位置，采用新材料/改變材料配比等方式優化SONOS電荷存儲性能進而提高器件可靠性。

技術實現要素：

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，提供一種能夠提高電荷捕獲能力的SONOS器件及其制造方法。

為了實現上述技術目的，根據本發明，提供了一種SONOS器件，包括：硅襯底層、布置在硅襯底層上的隧穿氧化層、布置在隧穿氧化層上的第一氮化硅富硅層、布置在第一氮化硅富硅層上的氮化硅富氮層、布置在氮化硅富氮層上的第二氮化硅富硅層、布置在第二氮化硅富硅層上的阻擋氧化層、以及布置在阻擋氧化層上的多晶硅層；其中，第一氮化硅富硅層和第二氮化硅富硅層的硅含量高于氮化硅富氮層的硅含量；而且第一氮化硅富硅層和第二氮化硅富硅層的氮含量低于氮化硅富氮層的氮含量。

優選地，第一氮化硅富硅層的厚度為

優選地，氮化硅富氮層的厚度為

優選地，第二氮化硅富硅層的厚度為

為了實現上述技術目的，根據本發明，還提供了一種SONOS器件制造方法，包括：第一步驟：在在硅襯底層上生長隧穿氧化層；第二步驟：在隧穿氧化層上生長第一氮化硅富硅層；第三步驟：在第一氮化硅富硅層上生長氮化硅富氮層；第四步驟：在氮化硅富氮層上生長第二氮化硅富硅層；第五步驟：在第二氮化硅富硅層上生長阻擋氧化層；第六步驟：在阻擋氧化層上生長多晶硅層；其中，第一氮化硅富硅層和第二氮化硅富硅層的硅含量高于氮化硅富氮層的硅含量；而且第一氮化硅富硅層和第二氮化硅富硅層的氮含量低于氮化硅富氮層的氮含量。

優選地，在第二步驟，采用LPCVD方式生長第一氮化硅富硅層，其中生長前驅體為SiH₂Cl₃和NH₃，而且SiH₂Cl₃和NH₃的配比為2.07：1。

優選地，在第三步驟，采用LPCVD方式生長氮化硅富氮層32，其中生長前驅體為SiH₂Cl₃和NH₃，而且SiH₂Cl₃和NH₃的配比為0.1：1。

優選地，在第四步驟，在氮化硅富氮層上生長第二氮化硅富硅層；生長前驅體為SiH₂Cl₃和NH₃，而且SiH₂Cl₃和NH₃的配比為0.1：1。

優選地，生長的第一氮化硅富硅層的厚度為而且生長的第二氮化硅富硅層的厚度為

優選地，生長的氮化硅富氮層的厚度為

本發明通過改變SONOS中氮化硅的氮硅比，通過增加氮化硅的中間層氮含量來增加缺陷能級，使得氮化硅更容易捕獲電子，不容易從兩邊的氧化層丟失，由此提高電荷的保持能力。

附圖說明

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1示意性地示出了根據現有技術的在寫入時SONOS的能帶結構圖。

圖2示意性地示出了根據本發明優選實施例的SONOS器件的結構示意圖。

圖3示意性地示出了根據本發明優選實施例的優化氮化硅層的氮硅比例之后在寫入時SONOS能帶結構圖。

圖4示意性地示出了根據本發明優選實施例的SONOS器件制造方法的流程圖。

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。

本發明提出針對SONOS氮化硅層中氮硅比的改變，通過調整氮硅層的能帶結構，從而增加缺陷能級，提高氮化硅的電荷捕獲能力，從而優化電荷保持能力。

圖2示意性地示出了根據本發明優選實施例的SONOS器件的結構示意圖。

具體地說，如圖2所示，根據本發明優選實施例的SONOS器件的結構包括：硅襯底層10、布置在硅襯底層10上的隧穿氧化層20、布置在隧穿氧化層20上的第一氮化硅富硅層31、布置在第一氮化硅富硅層31上的氮化硅富氮層32、布置在氮化硅富氮層32上的第二氮化硅富硅層33、布置在第二氮化硅富硅層33上的阻擋氧化層40、以及布置在阻擋氧化層40上的多晶硅層50。

其中，第一氮化硅富硅層31和第二氮化硅富硅層33的硅含量高于氮化硅富氮層32的硅含量；而且第一氮化硅富硅層31和第二氮化硅富硅層33的氮含量低于氮化硅富氮層32的氮含量。

優選地，第一氮化硅富硅層31的厚度為

優選地，氮化硅富氮層32的厚度為

優選地，第二氮化硅富硅層33的厚度為

當然，上述厚度值僅僅是優選數值，本發明還可以采用其它適當的厚度值。

本發明通過改進現有SONOS的氮硅層中氮硅比例，在靠近隧穿氧化層和阻擋氧化層處，硅含量較高，能帶帶隙較低，缺陷能級減少，在氮化硅中間部分，氮含量較高，能帶帶隙較高，缺陷能級增加，有利于捕獲更多的電子，如圖3所示，這樣也可以使捕獲的電荷不易輕易逃出氮化硅層，從而提高SONOS的電荷保持能力。

此外，圖4示意性地示出了根據本發明優選實施例的SONOS器件制造方法的流程圖。

具體地說，如圖4所示，根據本發明優選實施例的SONOS器件制造方法包括：

第一步驟S1：在硅襯底層10上生長隧穿氧化層20；

第二步驟S2：在隧穿氧化層20上生長第一氮化硅富硅層31；

優選地，在第二步驟S2，采用LPCVD(Low Pressure Chemical Vapor Deposition低壓力化學氣相沉積)方式生長第一氮化硅富硅層31，其中生長前驅體為SiH₂Cl₃和NH₃，而且SiH₂Cl₃和NH₃的配比為2.07：1。優選地，生長的第一氮化硅富硅層31的厚度約為

第三步驟S3：在第一氮化硅富硅層31上生長氮化硅富氮層32；

優選地，在第三步驟S3，采用LPCVD方式生長氮化硅富氮層32，其中生長前驅體為SiH₂Cl₃和NH₃，而且SiH₂Cl₃和NH₃的配比為0.1：1。優選地，生長的氮化硅富氮層32的厚度約為

第四步驟S4：在氮化硅富氮層32上生長第二氮化硅富硅層33；

優選地，在第四步驟S4，采用LPCVD方式生長第二氮化硅富硅層33，其中生長前驅體為SiH₂Cl₃和NH₃，而且SiH₂Cl₃和NH₃的配比為2.07：1。優選地，生長的第二氮化硅富硅層33的厚度約為

第五步驟S5：在第二氮化硅富硅層33上生長阻擋氧化層40；

第六步驟S6：在阻擋氧化層40上生長多晶硅層50。

其中，第一氮化硅富硅層31和第二氮化硅富硅層33的硅含量高于氮化硅富氮層32的硅含量；而且第一氮化硅富硅層31和第二氮化硅富硅層33的氮含量低于氮化硅富氮層32的氮含量。

與現有SONOS復合結構相比，本發明提出的改變氮化硅層中氮硅比例，在原有的基礎上，減少兩邊氮化硅層的氮含量，使其成為富硅層，能帶帶隙減小，減少中間氮化硅層的硅含量，使其成為富氮區，能帶帶隙增加，使得中間富氮區的缺陷能級變為多，更加容易捕獲電子，并提高電荷存儲性能。

此外，需要說明的是，除非特別說明或者指出，否則說明書中的術語“第一”、“第二”、“第三”等描述僅僅用于區分說明書中的各個組件、元素、步驟等，而不是用于表示各個組件、元素、步驟之間的邏輯關系或者順序關系等。

可以理解的是，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，都可利用上述揭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。

而且還應該理解的是，本發明并不限于此處描述的特定的方法、化合物、材料、制造技術、用法和應用，它們可以變化。還應該理解的是，此處描述的術語僅僅用來描述特定實施例，而不是用來限制本發明的范圍。必須注意的是，此處的以及所附權利要求中使用的單數形式“一個”、“一種”以及“該”包括復數基準，除非上下文明確表示相反意思。因此，例如，對“一個元素”的引述意味著對一個或多個元素的引述，并且包括本領域技術人員已知的它的等價物。類似地，作為另一示例，對“一個步驟”或“一個裝置”的引述意味著對一個或多個步驟或裝置的引述，并且可能包括次級步驟以及次級裝置。應該以最廣義的含義來理解使用的所有連詞。因此，詞語“或”應該被理解為具有邏輯“或”的定義，而不是邏輯“異或”的定義，除非上下文明確表示相反意思。此處描述的結構將被理解為還引述該結構的功能等效物。可被解釋為近似的語言應該被那樣理解，除非上下文明確表示相反意思。