提高SONOS闪存可靠性的方法技术

一种提高SONOS可靠性的方法，包括：提供衬底；在所述衬底上依次制备第一氧化层、氮化硅陷阱层、第二氧化层及栅电极；其中，在上述制备过程中，采用氢气进行快速退火。本发明专利技术在SONOS闪存器件的生产过程中，采用氢气快速退火，改善了器件内部的界面态，从而提高了器件的可靠性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体制造工艺，且特别涉及提高SONOS闪存可靠性的方法。
技术介绍
非易失性半导体存储单元是目前常用的存储技术之一，由于其具有成本低、密度大且在供电电源关闭后仍能保持内部信息等特点，被广泛应用于各个领域，包括嵌入式系 统，如PC及外设、电信交换机、电话、网络互联设备、仪器仪表、汽车器件，以及各种新兴的语音图像存储类产品，如数码相机、数字录音机和个人数字助理等。非易失性半导体存储器主要可由浮栅结构存储器或SONOS (硅-氧化硅-氮化硅-氧化硅-硅)结构存储器这两大主流技术之一实现，其存储介质和隧穿氧化层的厚度有较大差异。其中，SONOS结构存储器的隧穿氧化层的厚度虽然不如浮栅结构厚，然而由于其所用来俘获并存储电荷的氮化硅陷阱层是相对独立的，不会因为一个缺陷导致电荷的大量丢失，具有较好的可靠性。此外，SONOS结构存储器还具有抗擦写能力好、操作电压和功率低、工艺过程简单且与标准CMOS工艺兼容等优势。现有的SONOS闪存工艺，通常在硅衬底上制备隧穿氧化层之后，直接制作氮化硅陷阱层，然后再制作高温热氧化层。SONOS闪存的电荷保持能力与硅-氧化硅界面态的质量密切相关。由于隧穿氧化层和硅衬底之间的界面可能存在一些悬挂键之类的不稳定状态，为陷阱层中的电荷提供了隧穿后的可供占据的空位，从而大大影响SONOS器件的可靠性。现有技术中，为了修补氧化层当中的悬挂键及其它工艺损伤，通常采用在SONOS的隧穿氧化层工艺流程中的退火工艺中增加适当的含氮气体，例如氮气、氘化氮等，以改善器件的擦除深度和编程速度，从而使得SONOS器件的存储器性能得到优化。申请号为200910057130、名称为“采用ND3退火来提高SONOS闪存器件可靠性的方法”的中国专利申请，以及申请号为200910201757、名称为“采用ND3和N2混和气体退火制造SONOS闪存器件的方法”的中国专利申请分别公开了在退火工艺中采用氘化氮、或氘化氮和氮气的混和气体，以提高SONOS器件的可靠性。
技术实现思路
本专利技术提供了一种提高SONOS可靠性的方法，通过氢气快速退火的工艺，改善了SONOS界面态，从而提高了 SONOS可靠性。为了实现上述技术目的，本专利技术提出一种提高SONOS可靠性的方法，包括提供衬底；在所述衬底上依次制备第一氧化层、氮化硅陷阱层、第二氧化层及栅电极；其中，在上述制备过程中，采用氢气进行快速退火。可选的，所述氢气快速退火设置在制备完第一氧化层之后，或设置在制备完第二氧化层之后，或设置在形成栅电极之后，或为上述任意两种或两种以上的组合。可选的，所述方法包括提供娃衬底；在所述娃衬底上制备第一氧化层；米用氢气进行快速退火；分别依次制备氮化硅陷阱层、第二氧化层以及栅电极。可选的，所述方法包括提供硅衬底；在所述硅衬底上依次制备第一氧化层，氮化硅陷阱层以及第二氧化层；采用氢气进行快速退火；制备栅电极。可选的，所述方法包括提供娃衬底；在所述娃衬底上制备第一氧化层；米用氢气进行第一次快速退火；在所述第一氧化层上依次制备氮化硅陷阱层以及第二氧化层；采用氢气进行第二次快速退火；制备栅电极。可选的，所述方法包括提供硅衬底；在所述硅衬底上依次制备第一氧化层、氮化硅陷阱层、第二氧化层以及栅电极；采用氢气进行快速退火。可选的，所述采用氢气进行快速退火时，退火温度为380摄氏度至500摄氏度，退火时间为20秒至40秒。可选的，所述退火温度为410摄氏度，退火时间为30秒。 相较于现有技术，本专利技术通过在制备完第一氧化层之后，或在制备完第二氧化层之后，或在形成栅电极之后，才用氢气快速退火工艺，有效地改善了硅衬底与第一氧化层、或第二氧化层、或栅电极的界面态，使得SONOS闪存无论在擦除数据或是写入数据时，其阈值电压都较为稳定，有效地延长了其使用寿命，提高了器件的可靠性。附图说明图I为本专利技术提高SONOS可靠性的方法一种实施方式的流程示意图；图2至图5为本专利技术提高SONOS可靠性的方法不同具体实施方式的流程示意图；图6为采用氢气退火和不采用氢气退火时数据擦除阈值电压示意图；图7为采用氢气退火和不采用氢气退火时数据写入阈值电压示意图。具体实施例方式专利技术人经过长期的实践和反复的试验对比，进而发现，由于氮化硅层中含有孤对电子，采用氢气进行退火可有效地阻止孤对电子对空闲电子的吸附，从而使得阈值电压，尤其是在数据擦除时的阈值电压，提升不明显，因而在SONOS制作工艺中采用氢气进行退火能有效地提高SONOS的可靠性。下面将结合具体实施例和附图，对本专利技术提高SONOS可靠性的方法进行详细阐述。参考图1，本专利技术提供了一种提高SONOS可靠性的方法，包括步骤SI，提供衬底；步骤S2，在所述衬底上依次制备第一氧化层、氮化硅陷阱层、第二氧化层及栅电极；其中，在所述制备过程中，采用氢气进行快速退火。其中，步骤SI中，所述衬底可为单晶硅。在具体实施过程中，所述衬底可具备源区和漏区。在步骤S2中，所述第一氧化层、氮化硅陷阱层、第二氧化层以及栅电极的制备过程及工艺参数可采用现有技术，其具体实施方式不对本专利技术的专利技术思路造成影响。在具体实施中，所述第一氧化层可为隧穿氧化层，所述第二氧化层可为高温热氧化层。例如，可采用热氧化工艺在硅衬底上淀积隧穿氧化层，采用化学气相沉积法在所述隧穿氧化层上沉积氮化硅陷阱层，从而形成存储电荷的介质层，以及可采用高温热氧化工艺在所述氮化硅陷阱层上生成高温热氧化层。在步骤S2中，氢气的快速退火可设置在制备完第一氧化层之后，或设置在制备完第二氧化层之后，或设置在形成栅电极之后，或为上述任意两种或两种以上的组合。通过采用氢气进行快速退火，在器件界面态中引入了硅-氢键，使得界面处的电学稳定性得以提高。采用氢气进行快速退火时，退火温度为380摄氏度至500摄氏度，退火时间为20秒至40秒。在一种具体实施中，退火温度可采用410摄氏度，退火时间为30秒。参考图2，在本专利技术提高SONOS可靠性的方法的一种具体实施方式中首先，执行步骤SI I，提供硅衬底；接着，执行步骤S12，在所述硅衬底上制备第一氧化层；接着，执行步骤S13，采用氢气进行快速退火；接着，执行步骤S14，分别依次制备氮化硅陷阱层、第二氧化层以及栅电极。上述实施方式在制备第一氧化层之后采用氢气进行退火，使得第一氧化层和硅衬底界面处的悬挂键被硅-氢键饱和，提高了界面处的电学稳定性，从而提高了 SONOS闪存器件的可靠性。参考图3，在本专利技术提高SONOS可靠性的方法的一种具体实施方式中首先，执行步骤S21，提供硅衬底；接着，执行步骤S22，在所述硅衬底上依次制备第一氧化层，氮化硅陷阱层以及第二氧化层； 接着，执行步骤S23，采用氢气进行快速退火；最后，执行步骤S24，制备栅电极。上述实施方式在完成第二氧化层的制备之后进行氢气快速退火，改善了第二氧化层的界面态，使得SONON闪存器件的可靠性得以提高。参考图4，在本专利技术提高SONOS可靠性的方法的一种具体实施方式中 首先，执行步骤S31，提供硅衬底；接着，执行步骤S32，在所述硅衬底上制备第一氧化层；接着，执行步骤S33，采用氢气进行第一次快速退火；接着，执行步骤S34，在所述第一氧化层上依次制备氮化硅陷阱层以及第二氧化层；接着，执行步骤S35，采用氢气进行第本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种提高SONOS可靠性的方法，包括：提供衬底；在所述衬底上依次制备第一氧化层、氮化硅陷阱层、第二氧化层及栅电极；其特征在于，在上述制备过程中，采用氢气进行快速退火。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：包德君，莘海维，徐爱斌，
申请(专利权)人：上海宏力半导体制造有限公司，
类型：发明
国别省市：