[发明专利]一种SONOS存储器及其制备方法

说明书

本发明提供了一种SONOS存储器及其制备方法，提供一半导体衬底，在所述半导体衬底上由下至上依次形成隧穿氧化层薄膜和氮化硅层薄膜；通过离子注入工艺在所述氮化硅层薄膜中掺杂入锗离子，以在所述氮化硅薄膜中形成一氮化锗薄层，形成所述氮化硅和所述氮化锗的复合电荷存储层薄膜；在所述复合电荷存储层薄膜上依次形成顶层氧化层薄膜和栅极薄膜；以及刻蚀所述栅极薄膜、所述顶层氧化层薄膜、所述复合电荷存储层薄膜以及所述隧穿氧化层薄膜，形成SONOS存储器。本发明采用氮化锗和氮化硅的电荷存储层作为SONOS存储器中的电荷存储层，有利于提高电荷俘获和存储的能力，进而提高SONOS存储器的数据保持能力。

技术领域

本发明涉及半导体集成电路制造领域，特别涉及一种SONOS存储器及其制备方法。

背景技术

传统多晶硅浮栅存储器利用浮栅(浮栅电极)来存储数据，由于掺杂的多晶硅是导体，使得浮栅存储的电荷是连续分布的。在浮栅型存储器的尺寸按比例缩小时，浮栅周围绝缘层的尺寸也要随之缩小，而绝缘层尺寸的缩小会造成多晶硅浮栅内的电子容易流失。当多晶硅浮栅的某一处漏电，即，有一个泄露通道时，整个多晶硅浮栅中存储的电荷都会通过这个泄露通道流失。即，限制浮栅型存储器按比例缩小的最大障碍是其隧穿氧化层厚度不能持续减小，在隧穿氧化层较薄的情况下，直接隧穿和应力引起的泄露电流等效应都会对浮栅型存储器的漏电控制提出巨大的挑战。因此，选择新的材料优化浮栅越来越受到业界的重视。

在这种情况下，基于绝缘性能优异的氮化硅存储介质的SONOS(Silicon-Oxide-Nitride-Oxide-Silicon)存储器以其相对于传统多晶硅浮栅存储器更强的电荷存储能力、易于实现小型化和工艺简单等特性受到大家的重视。SONOS存储器用具有电荷陷阱能力的氮化硅层薄膜取代原有的浮栅存储电荷层，且由于其是使用陷阱电荷存储电荷，使得存储的电荷是离散分布的。这样，如果存在一个泄露通道时，就不会存在存储的电荷通过泄露通道大量流失。因此，可靠性大大提高。

然而，这种SONOS存储器结构的数据保持能力仍有待提高。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种SONOS存储器的制备方法，以形成一种可以提高数据保持能力的氮化硅和氮化锗的复合电荷存储层。

本发明的另一目的在于提供一种SONOS存储器，以提高电荷俘获和存储的能力。

为了实现上述目的，本发明的第一方面提供一种SONOS存储器的制备方法，包括以下步骤：提供一半导体衬底，在所述半导体衬底上由下至上依次形成隧穿氧化层薄膜和氮化硅层薄膜；通过离子注入工艺在所述氮化硅层薄膜中掺杂入锗离子，以在所述氮化硅薄膜中形成一氮化锗薄层，形成所述氮化硅和所述氮化锗的复合电荷存储层薄膜；在所述复合电荷存储层薄膜上依次形成顶层氧化层薄膜和栅极薄膜；以及刻蚀所述栅极薄膜、所述顶层氧化层薄膜、所述复合电荷存储层薄膜以及所述隧穿氧化层薄膜，形成SONOS存储器。

可选的，所述氮化锗薄层的厚度小于

可选的，所述复合电荷存储层薄膜的厚度为

可选的，在离子注入工艺中，注入所述锗离子的能量为500～20000eV，注入所述锗离子的剂量为1E12～1E14个/cm³。

可选的，通过离子注入工艺在所述氮化硅层薄膜中掺杂入锗离子之前，还包括：

在所述氮化硅层薄膜上形成初始顶层氧化层薄膜；以及去除所述初始顶层氧化层薄膜，暴露出所述氮化硅层薄膜。

可选的，所述隧穿氧化层薄膜的厚度为所述氮化硅层薄膜的厚度为所述顶层氧化层薄膜的厚度为

本发明另一方面提供一种SONOS存储器，包括：