[发明专利]一种改善SONOS闪存器件可靠性的方法

说明书

技术领域

本发明属于半导体制造技术领域，涉及一种改善SONOS闪存器件可靠性的方法。

背景技术

SONOS(Semiconductor-Oxide-Nitride-Oxide-Semiconductor)闪存器件因具备 良好的等比例缩小特性和抗辐照特性而成为目前主要的闪存类型之一。SONOS闪存器件面 临的可靠性问题主要有两个：一是Endurance(电擦写持久力)特性，即衡量SONOS器件在多 次编程/擦除之后，器件特性方面可能的退化。二是DataRetention(数据保持力)特性，即 SONOS器件的数据保存能力。

SONOS闪存器件的存储单元是由控制多晶硅栅和沟道衬底之间的ONO叠层结构组 成。其中，ONO结构由两层二氧化硅层(底部和顶部)和中间氮化硅层的三明治结构构成。三 个层次自上而下分别作为隧穿氧化层、氮化硅层和阻挡氧化层。电荷通过直接隧道效应，进 入并存储在氮化硅层中，依靠氮化硅薄膜的陷阱效应存储电荷，上层的二氧化硅层起到隔 离作用。

在SONOS器件中ONO膜层(隧穿氧化层、氮化硅层、阻挡氧化层)是SONOS器件工作特 性的关键。同时，其隧穿氧化层决定了SONOS器件的擦、写速度及可靠性性能。然而，在生成 SONOS器件的隧穿氧化层及氮化硅层时，不可避免的会用到H₂(氢气)或NH₃(氨气)，因此成膜 后会在隧穿氧化层、氮化硅层中留下大量的硅氢键。尤其是在硅与隧穿氧化层界面的硅氢 键，将会对可靠性性能产生很大影响。在可靠性测试的高温下，硅氢键由于其不稳定性会发 生断裂，从而在形成隧穿氧化层中的一连串缺陷。存储在氮化硅里的电子或空穴将会利用 这个缺陷链出现逃逸，从而使得擦、写窗口极剧缩小，最终影响SONOS器件的可靠性性能，因 此，本领域技术人员亟需提供一种改善SONOS闪存器件可靠性的方法，避免隧穿氧化层中的 硅氢键断裂产生电子空穴逃逸等现象，保证SONOS器件的数据保存能力。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种改善SONOS闪存器件可靠性的方法，避免 隧穿氧化层中的硅氢键断裂产生电子空穴逃逸等现象，保证SONOS器件的数据保存能力。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种改善SONOS闪存器件可靠性的方法，包 括以下步骤：

步骤S01、采用低压氧化工艺在硅衬底上形成预设厚度的隧穿氧化层；

步骤S02、在所述隧穿氧化层的上方形成用于存储电荷的氮化硅层；

步骤S03、通入ND₃气体对所述隧穿氧化层以及氮化硅层进行高温退火工艺，以使 所述隧穿氧化层中的硅氢键被硅氘键代替；

步骤S04、在所述氮化硅层的上方，采用化学气相沉积工艺形成阻挡氧化层。

优选的，所述步骤S03中，先对所述隧穿氧化层以及氮化硅层进行高温预退火工 艺，再通入ND₃气体，以使所述隧穿氧化层中的硅氢键被硅氘键代替。

优选的，所述步骤S03中，通入ND₃气体进行高温退火的压力为500mtorr～ 760torr，退火温度为800℃～1100℃，退火时间为3min～300min。

优选的，所述步骤S03中，所述ND₃气体的气体流量为50sccm～10liter。

优选的，所述步骤S02中，采用高温低压化学气相沉积工艺形成所述氮化硅层。

本发明还提供一种改善SONOS闪存器件可靠性的方法，包括以下步骤：

步骤S01、采用低压氧化工艺在硅衬底上形成预设厚度的隧穿氧化层；

步骤S02、在所述隧穿氧化层的上方形成用于存储电荷的氮化硅层；

步骤S03、通入D₂气体对所述隧穿氧化层以及氮化硅层进行高温退火工艺，以使所 述隧穿氧化层中的硅氢键被硅氘键代替；

步骤S04、在所述氮化硅层的上方，采用化学气相沉积工艺形成阻挡氧化层。

优选的，所述步骤S03中，先对所述隧穿氧化层以及氮化硅层进行高温预退火工 艺，再通入D₂气体，以使所述隧穿氧化层中的硅氢键被硅氘键代替。