[发明专利]具有氮化氧化物层的半导体器件及其方法

说明书

技术领域

本发明通常涉及半导体器件，更具体地，涉及一种具有氮化氧化物层的半导体器件及其方法。

背景技术

许多半导体非易失存储器阵列需要用于编程和擦除操作的相对高的电压。在非易失存储器阵列的制造过程中，能够耐受例如相对高的编程和擦除电压的耐高压晶体管是与该阵列同时实现的。在依赖纳米晶体用于电荷存储的非易失存储器阵列中，电荷存储层是在高压晶体管的栅氧化物形成之前形成的。非易失器件中的进一步的氧化可能导致隧道氧化物厚度的增加。而且，进一步的氧化可能引起纳米晶体氧化或收缩。改变电荷存储层可能导致对更高的编程和擦除电压的需要。而且，改变电荷存储层可能导致编程和擦除阈值电压的不需要的变化。

因此，需要一种非易失存储器器件，其具有准确控制的电荷存储区域，同时还减少了所需用于制造该器件的步骤。

附图说明

图1说明了根据本发明的具有隧道氧化物和电荷存储层的半导体器件的一部分的截面视图。

图2说明了根据本发明的暴露于氮化环境的半导体器件的一部分的截面视图。

图3说明了根据本发明的在对电荷存储区域构图之后的半导体器件的一部分的截面视图。

图4说明了根据本发明的在形成与构图电荷存储区域相邻的栅介质之后的半导体器件的一部分的截面视图。

图5说明了根据本发明的在形成多晶硅层之后的半导体器件的一部分的截面视图。

图6说明了根据本发明的在多晶硅层中形成栅极之后的半导体器件的一部分的截面视图。

具体实施方式

一般地，在一个形式中，本发明提供了一种用于形成半导体器件的方法，其包括：提供半导体基板；在半导体基板的表面上形成第一绝缘层；在第一绝缘层的表面上形成纳米晶体层；在纳米晶体层上面形成第二绝缘层；向第二绝缘层施加氮化环境；选择性地移除部分纳米晶体层以及第一和第二绝缘层，以暴露半导体基板的表面；并且在半导体基板的暴露表面上形成第三绝缘层。

在另一形式中，本发明提供了一种半导体器件，其包括：半导体基板；第一绝缘层，其在半导体基板的表面上形成；构图纳米晶体层，其在第一绝缘层的表面上形成；第二绝缘层，其在纳米晶体层上面形成，该第二绝缘层具有大于等于2原子百分数的第二绝缘层的氮含量；和第三绝缘层，其在半导体基板的表面上的没有第一和第二绝缘层的区域中形成。

通过使第二绝缘层氮化，减少了纳米晶体和第一绝缘层的氧化，因此减少或限制了形成后继的氧化物层时的氧化物厚度变化。而且，使用氮化替换氧化阻挡层，简化了制造工艺。

图1说明了在半导体基板12上形成的具有隧道氧化物14和电荷存储层16的半导体器件10的一部分的截面视图。半导体基板12可由硅形成。第一绝缘层14在基板12上形成，其用作非易失存储器单元的隧道氧化物。第一绝缘层14可以是二氧化硅、氮化氧化物或者其他的高k介质。绝缘层14可以是热生长的或淀积的，并且厚度可以是50埃。电荷存储叠层16包括多个离散电荷存储元件。在所说明的实施例中，使用由电荷存储层16中的小圆圈表示的纳米晶体形成多个离散电荷存储元件。这些纳米晶体典型地由硅形成，但是离散存储元件还可由例如锗、碳化硅、许多金属或这些材料的任何组合组成的材料团簇形成。纳米晶体优选地通过化学淀积淀积，但是也可以使用其他的工艺。用于形成纳米晶体的其他工艺包括薄的无定形硅层的再结晶和预制纳米晶体的淀积。在纳米晶体形成之后，可以通过使用氧化亚氮使纳米晶体氧化而使其钝化。

图2说明了暴露于氮化环境的半导体器件10的一部分的截面视图。电荷存储叠层16包括由氧化物15包围的纳米晶体13。可替换地，电荷存储叠层16可以通过形成相互堆叠的多个相对薄的绝缘层形成，诸如绝缘层17。在形成电荷存储叠层16之后，使半导体器件10暴露于氮化环境。氮化环境包括氨、氧化亚氮、原子氮或者其他氮化合物中的一个或多个。用于使半导体器件10暴露于氮化环境的工艺可以包括等离子体氮化、热氮化或者离子氮化中的一个。

将半导体器件10安置在具有等离子体源、热源或离子源中的一个或多个的处理腔室中。适当腔室是可以以商业手段获得的。在该处理腔室中，使半导体器件暴露于等离子体18，以提供大于等于2原子百分数并且优选地为2～10原子百分数的氮含量。