非易失性存储器件及其制造方法技术

本申请提供一种非易失性存储器件及其制造方法。在根据一个实施例的非易失性存储器件的制造方法中，在衬底上形成第一隧道氧化物层、氮供应层和密度低于第一隧道氧化物层的密度的第二隧道氧化物层。使在氮供应层中的氮扩散到第二隧道氧化物层中，以将第二隧道氧化物层的至少一部分转化为氮氧化物层。

【技术实现步骤摘要】
非易失性存储器件及其制造方法相关申请的交叉引用本申请要求于2018年12月27日提交的申请号为10-2018-0171069的韩国专利申请的优先权，其公开内容通过引用整体合并于此。
本公开的各种实施例总体上涉及一种半导体器件，并且更具体地，涉及一种非易失性存储器件及其制造方法。
技术介绍
随着设计规则的减少和集成度的提高，对可以保证结构稳定性和储存操作可靠性的存储器件的结构的研究一直在继续。近来，已经提出了一种晶体管型非易失性存储器件，其中应用了电荷隧穿层、电荷俘获层和电荷阻挡层的三层结构。通过编程操作和擦除操作，非易失性存储器件可以通过将电荷引入和储存到电荷俘获层中来储存信号信息。非易失性存储器件可以被实现为NAND型结构的器件，其中多个单元晶体管彼此连接以形成串形式。
技术实现思路
公开了根据本公开的一个方面的制造非易失性存储器件的方法。在该方法中，在衬底上顺序地形成第一隧道氧化物层、氮供应层和密度低于第一隧道氧化物层的密度的第二隧道氧化物层。使在所述氮供应层中的氮扩散到第二隧道氧化物层中，以将第二隧道氧化物层的至少一部分转化为氮氧化物层。公开了根据本公开的另一个方面的制造非易失性存储器件的方法。在该方法中，提供了衬底。在衬底上形成包括交替层叠的层间绝缘层与栅电极层的单元电极结构。形成穿透在衬底上的单元电极结构的沟槽。在沟槽的侧壁表面上形成电荷俘获层。在电荷俘获层上顺序地形成具有第一密度的第一侧壁氧化物层、氮供应层和具有比第一密度高的第二密度的第二侧壁氧化物层。使在氮供应层中的氮扩散到第一侧壁氧化物层中，以将第一侧壁氧化物层的至少一部分转化为氮氧化物层。公开了根据本公开的又一方面的非易失性存储器件。所述非易失性存储器件包括：沟道层，设置在沟道层上并且包含第一氧化物材料的第一隧穿层，设置在第一隧穿层上并且包含氮氧化物材料的第二隧穿层，设置在第二隧穿层上并包含与第一氧化物材料具有不同密度的第二氧化物的第三隧穿层，以及设置在第三隧穿层上的电荷俘获层。第二隧道层的带隙能量比第一隧穿层的带隙能量和第三隧穿层的带隙能量小。附图说明图1示意性地示出了根据本公开的一个实施例的非易失性存储器件。图2A和图2B是示意性地说明根据本公开的一个实施例的非易失性存储器件的电荷隧穿结构的操作的视图。图3是示意性地示出根据本公开的一个实施例的非易失性存储器件的电路图。图4是根据本公开的一个实施例的非易失性存储器件的截面图。图5是示出根据本公开的一个实施例的制造非易失性存储器件的方法的流程图。图6至图9是示出根据本公开的一个实施例的制造非易失性存储器件的方法的截面图。图10是示出根据本公开的另一个实施例的制造非易失性存储器件的方法的流程图。图11至图16是示出根据本公开的另一个实施例的制造非易失性存储器件的方法的截面图。具体实施方式现在将在下文中参考附图来描述各种实施例。在附图中，为了图示清楚，可能放大了层和区域的尺寸。针对观察者的视角来描述附图。如果提到一个元件位于另一个元件上，则可以理解该元件直接位于另一个元件上，或者附加元件可以介于该元件与该另一个元件之间。在整个说明书中，相同的附图标记指代相同的元件。此外，除非在上下文中另外明确地如此使用，否则词语的单数形式的表达应理解为包括词语的复数形式。将理解的是，术语“包括”或“具有”旨在指定特征、数字、步骤、操作、元件、部件或其组合的存在，而不用于排除存在或可能添加一个或更多个其他特征、数字、步骤、操作、组件、部件或其组合。此外，在执行方法或制造方法时，除非在上下文中明确描述了特定的顺序，否则构成该方法的每个工艺都可以采取不同于规定的顺序来进行。换言之，每个工艺可以以与所述顺序相同的方式来进行，可以基本上同时进行，或者可以以相反的顺序来进行。图1是示意性示出根据本公开的一个实施例的非易失性存储器件的平面图。参考图1，非易失性存储器件1可以包括衬底101、电荷隧穿结构110、电荷俘获层120、电荷阻挡层130和栅电极层140。此外，衬底101可以包括位于电荷隧穿结构110下方的沟道层102，以及相对于沟道层102彼此相对地分别位于衬底101中的源极区105和漏极区106。在一个实施例中，非易失性存储器件1可以是场效应晶体管形式的快闪存储器件。衬底101可以例如包含半导体材料。衬底101可以例如是硅(Si)衬底、砷化镓(GaAs)衬底、磷化铟(InP)衬底、锗(Ge)衬底或锗化硅(SiGe)衬底。在一个实施例中，衬底101可以被掺杂以具有导电性。作为示例，衬底101可以掺杂有n型掺杂剂或p型掺杂剂。作为另一示例，衬底101可以包括掺杂有n型掺杂剂或p型掺杂剂的阱区。源极区105和漏极区106可以是衬底101的被掺杂成n型或p型的区域。当将衬底101掺杂成n型或p型时，源极区105和漏极区106可以是掺杂有与衬底101的掺杂类型相反类型的掺杂剂的区域。沟道层102是当在源极区105与漏极区106之间施加电压时具有电荷的载流子被传导的区域。作为示例，沟道层102可以表示衬底101的在源极区105和漏极区106之间的区域，其中电子或空穴的迁移率高。电荷隧穿结构110可以设置在衬底101上。电荷隧穿结构110可以包括顺序地设置在沟道层102上的第一隧穿层112、第二隧穿层114和第三隧穿层116。在一个实施例中，第一隧穿层112可以包含第一氧化物材料。第二隧穿层114可以包含预定的氮氧化物材料。第三隧穿层116可以包含与第一氧化物材料具有不同密度的第二氧化物材料。在特定的实施例中，第一氧化物材料的密度高于第二氧化物材料的密度。因此，存在于第一氧化物材料中的缺陷的浓度可以比存在于第二氧化物材料中的缺陷的浓度低。在第一氧化物材料和第二氧化物材料中的缺陷用作电荷的俘获位点，从而导致在第一氧化物材料和第二氧化物材料中发生泄漏电流。结果，与第二氧化物材料相比，第一氧化物材料可以具有相对优异的绝缘特性。第一氧化物材料和第二氧化物材料可以分别具有第一氮扩散速率和第二氮扩散速率。由于第一氧化物材料的密度高于第二氧化物材料的密度，因此第一隧穿层中的第一氮扩散速率低于第三隧穿层中的第二氮扩散速率。换言之，在下面描述的制造工艺中，当使氮扩散到第一隧穿层和第三隧穿层中时，在第三隧穿层内的氮扩散可以比在第一隧穿层内的氮扩散占优势。在特定实施例中，在制造工艺中，可以抑制氮扩散到第一隧穿层中，并且可以使氮扩散到第三隧道层中。与第一隧穿层112和第三隧穿层116相比，第二隧穿层114可以具有相对低的带隙能量。在一个实施例中，第二隧穿层114可以比第一隧穿层112和第三隧穿层116具有更高的介电常数。如图2A和图2B所示，第二隧穿层114在低于预定阈值电场的电场下起到阻止电荷穿过隧穿结构110的隧穿的势垒(barrier)的作用。另一方面，第二隧穿层114在超过预定阈值电场的电场下不起阻止电荷隧穿的势垒的作用，从而提高了电荷隧穿效率。在一个实施例中本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种制造非易失性存储器件的方法，所述方法包括：/n在衬底上顺序地形成第一隧道氧化物层、氮供应层和第二隧道氧化物层，所述第二隧道氧化物层的密度低于所述第一隧道氧化物层的密度；以及/n使在所述氮供应层中的氮扩散到所述第二隧道氧化物层中，以将所述第二隧道氧化物层的至少一部分转化为氮氧化物层。/n

【技术特征摘要】
20181227 KR 10-2018-01710691.一种制造非易失性存储器件的方法，所述方法包括：
在衬底上顺序地形成第一隧道氧化物层、氮供应层和第二隧道氧化物层，所述第二隧道氧化物层的密度低于所述第一隧道氧化物层的密度；以及
使在所述氮供应层中的氮扩散到所述第二隧道氧化物层中，以将所述第二隧道氧化物层的至少一部分转化为氮氧化物层。


2.根据权利要求1所述的方法，其中，形成所述氮供应层的步骤包括：形成硅氮氧化物层，在所述硅氮氧化物层中氮的浓度高于氧的浓度。


3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一隧道氧化物层中的氮扩散速率低于所述第二隧道氧化物层中的氮扩散速率。


4.根据权利要求3所述的方法，其中，使在所述氮供应层中的氮扩散到所述第二隧道氧化物层中的步骤包括：
通过利用如下温度条件的热处理使来自所述氮供应层的氮扩散到所述第二隧道氧化物层中，所述温度条件至少部分地基于在所述第一隧道氧化物层与所述第二隧道氧化物层之间的氮扩散速率的差异。


5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述热处理包括：利用选择性的温度条件来促进氮扩散到所述第二隧道氧化物层中同时抑制氮扩散到所述第一隧道氧化物层中。


6.根据权利要求1所述的方法，
其中，所述第一隧道氧化物层包含硅氧化物，所述氮供应层包含硅氮氧化物，并且所述第二隧道氧化物层包含硅氧化物，以及
其中，所述第一隧道氧化物层的所述硅氧化物的密度比所述第二隧道氧化物层的所述硅氧化物的密度高。


7.根据权利要求1所述的方法，其中，用于形成所述第一隧道氧化物层的温度高于用于形成所述第二隧道氧化物层的温度。


8.根据权利要求1所述的方法，还包括：形成与所述第二隧道氧化物层接触的电荷俘获层，
其中，所述电荷俘获层包含氮化物或氮氧化物。


9.根据权利要求8所述的方法，还包括：
形成与所述电荷俘获层接触的电荷阻挡层；以及
形成与所述电荷阻挡层接触的栅电极层。


10.根据权利要求1所述的方法，其中，将所述第二隧道氧化物层的至少一部分转化为所述氮氧化物层的步骤包括：
将所述第二隧道氧化物层的至少一部分转化为介电常数高于第一隧穿层的介电常数值和第三隧穿层的介电常数值的薄膜，其中，所述薄膜是由氮扩散形成的第二隧穿层的至少一部分，所述第一隧穿层是由于所述氮扩散而由所述第一隧道氧化物层形成的，所述第三隧穿层是由所述第二隧道氧化物层中的氮未扩散到的一部分形成的。


11.一种制造非易失性存储器件的方法，所述方法包括：
提供衬底；
在所述衬底上形成单元电极结构，所述单元电极结构包括交替层叠的层间绝缘层与栅电极层；
形成穿透在所述衬底上的所述单元电极结构的沟槽；
在所述沟槽的侧壁表面上形成电荷俘获层；

【专利技术属性】
技术研发人员：金保延，李世昊，
申请(专利权)人：爱思开海力士有限公司，
类型：发明
国别省市：韩国;KR