[发明专利]一种提高隧道氧化层可靠性的方法

说明书

技术领域

本发明属于半导体集成电路制造设备领域，涉及一种提高隧道氧化层可靠性的方法。

背景技术

随着便携式电子设备的高速发展，对数据存储的要求越来越高。通常，用于存储数据的半导体存储器分为易失性存储器和非易失性存储器，易失性存储器易于在电源断电时丢失数据，而非易失性存储器即使在电源中断时仍可保持数据。因此，非易失性存储器成为便携式电子设备中最主要的存储部件，并已经被广泛的应用。

在非易失性存储器中，闪存(flash memory)由于其很高的芯片存储密度，以及较佳的工艺适应性，已经成为一种极为重要的器件。通常闪存可以分为NAND闪存和NOR闪存。请参照图1，其所绘示为闪式存储器的结构剖面图。P型的半导体衬底10上形成有依序堆栈的隧道氧化层20、浮置栅(Floating Gate)30、介电层40、以及控制栅(Control Gate)50，且半导体衬底10的上表面形成有N型的漏极70与源极60，其中隧道氧化层20的成分可例如为二氧化硅(SiO₂)，浮置栅30及控制栅50的成分可例如为多晶硅(Poly-Silicon)，且介电层40的成分可例如为二氧化硅或氮化硅(Silicon Nitride；Si₃N₄)。

NOR闪存对隧道氧化层的质量要求非常高，不仅要求无缺陷、高密度，更要求厚度的均匀性要好。这是因为NOR闪存最重要的产品质量指标是数据保持力(Retention)和编程擦除循环次数(Cycling),隧道氧化层的厚度均匀性不好直接导致的后果Retention和Cycling失效。

现有的快闪存储器的制作方法，包括以下步骤：首先在半导体衬底上形成隧道氧化层，然后在隧道氧化层上依次形成控制栅极和浮置栅极，接着在栅极的两侧的半导体衬底内形成源极以及漏极，最后进行金属连线，形成快闪存储器。其中，大多利用热氧化炉以热炉管工艺(Furnace Process)成长二氧化硅来当作隧道氧化层，再利用热炉管工艺进行隧道氧化层的退火。

一般，隧道氧化层制作完成后，接着在隧道氧化层上形成浮置栅极，通常采用炉管的低压化学气相沉积工艺来制备多晶硅；但是，由于后续工艺中存在氧化反应，期间会使用O₂或者H₂O来氧化。O₂或者H₂O与多晶硅反应产生SiO₂，即：Si+O₂→SiO₂或Si+H₂O→SiO₂，产生如图2所示的鸟嘴效应的隧道氧化层，即隧道氧化层边缘的厚度大于等于中间的厚度，使隧道氧化层质量变差，影响产品可靠性。

因此，本领域技术人员亟需提供一种提高隧道氧化层可靠性的方法，避免隧道氧化层出现鸟嘴效应，抑制后续氧化工艺带来的附加氧化。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种提高隧道氧化层可靠性的方法，避免隧道氧化层出现鸟嘴效应，抑制后续氧化工艺带来的附加氧化。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种提高隧道氧化层可靠性的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S01、提供一半导体衬底；

步骤S02、在衬底表面形成隧道氧化层，所述隧道氧化层为二氧化硅薄膜层；

步骤S03、采用SPA工艺在所述隧道氧化层的上表面形成一SiOxNy层；

步骤S04、对所述隧道氧化层进行退火。

优选的，步骤S03中，在温度为300～500℃、大气压为0.1～0.3torr的条件下，通入氮气，使二氧化硅和氮气反应生成SiOxNy层。

优选的，所述SiOxNy层的厚度为10～30埃。

优选的，步骤S02中，采用炉管工艺在在衬底表面形成隧道氧化层。

优选的，生长所述隧道氧化层的温度为900～1000℃。

优选的，所述步骤S02之后，还包括：通入N₂O气体，使隧道氧化层的下表面产生一SiOxNy层。

优选的，生长隧道氧化层的下表面的SiOxNy层的温度为900～1000℃，时间为10～20min。

优选的，所述N₂O气体的流速为1～5slm。

优选的，所述步骤S04中，退火温度为1000℃，退火时间为5min。

优选的，所述退火所需的气体为氮气。