[发明专利]ONO薄膜的工艺方法

说明书

本发明公开了一种ONO薄膜的方法，是适用于SONOS存储器制造工艺中形成ONO薄膜，包含主要工艺流程：第一步，提供一半导体硅衬底，在所述半导体硅衬底上采用低压自由基氧化工艺生长一层氧化层；第二步，在上述形成的氧化层中掺杂N，在所述氧化层上形成一层SiON层。第三步，继续形成一层氮化硅层。第四步，再次完成氧化层沉积。本发明将隧道氧化层的生长更改为低压自由基氧化工艺，并且将第一层氮化层用SiON层替代，制备的ONO均一性更好，隧道氧化层的质量更优，并且第一层氮化层的掺N量和深度易调节，可以有效的提高器件的可靠性。本发明工艺非常简单，且易于集成，可用于批量生产。

技术领域

本发明涉及半导体器件制造领域，特别是指一种在SONOS存储器中形成ONO薄膜的工艺方法。

背景技术

非挥发性存储器(NVM)技术，主要有浮栅(floating gate)技术、分压栅(splitgate)技术以及SONOS(Silicon-Oxide-Nitride-Oxide-Silicon)技术。其中SONOS技术应用广泛，具有操作电压低，速度快，容量大等优点。SONOS嵌入式存储器在金融卡、智能可穿戴装备、FPGA以及物联网中有着广阔的应用前景，SONOS Flash存储器是由多个存储单元形成的矩阵结构，每个存储单元包含一选择管及一SONOS管。

SONOS闪存器件，作为一种非易失性存储器件，因其具有很好的抗擦写能力、低工作电压和低功耗，且工艺过程简单并与标准CMOS工艺兼容等特点而受到广泛关注。SONOS闪存器件读写过程是通过对CG(Control Gate，控制栅)施加一个电压使得电子通过隧道氧化层存储于氮化层中，因此ONO结构(Oxide-Nitride-Oxide)的制备至关重要。其中，隧道氧化层的质量、均一性以及Si/SiO₂界面的完整性会影响隧穿过程，以及SiO₂的氮化层中N含量控制等等都会影响到读写速率、数据保持能力(Date Retention)，进而影响器件可靠性(Reliability)。12寸工艺高压、低压氧化及退火这些大量的热过程会对SONOS闪存的超薄隧道氧化层以及存储层的负面影响指数上升。

ONO结构的现有制造工艺中，如图1所示，底部二氧化硅一般采用热生长(消耗硅衬底)或LPCVD(Low Pressure Chemical Vapor Deposition，低压化学气相沉积)淀积(不消耗硅衬底)；夹层氮化硅采用LPCVD淀积，夹层氮化硅层分为两层，如图1中的3_1及3_2；顶层二氧化硅常采用HTO(High Temperature Oxidation，高温氧化)淀积工艺。底层二氧化硅的制造工艺一般包括炉管热氧化、掺氮、热退火等步骤，二氧化硅表面通过离子注入和热退火，或通过炉管N₂O高温氮化表面二氧化硅和热退火引入Si-N键，提高二氧化硅的可靠性，以及和氮化硅的结合强度；夹层氮化硅的制造工艺一般采用炉管LPCVD淀积，为了得到较好均匀度和可控性的夹层氮化硅，常采用低温氮化硅工艺，后加高温氮化硅致密化工艺来实现；顶层二氧化硅一般采用炉管的HTO淀积，再经过HTO致密化工艺，通常的反应气体是二氯硅烷和一氧化二氮，反应方程式：SiH₂Cl₂+N₂O→SiO₂+N₂+HCL。

这种方法制备的隧道氧化层均一性较差，中心/边缘差异大；高温炉管氧化工艺生长的氧化层质量不理想；炉管沉积工艺对N含量以及深度调整不灵活对ONO膜层的整体厚度均匀度带来最大的影响。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种ONO薄膜的工艺方法，形成的ONO薄膜质量、均一性更好，有效的提高器件的可靠性。

为解决上述问题，本发明所述的一种ONO薄膜的工艺方法，是适用于SONOS存储器制造工艺中形成ONO薄膜，其包含主要工艺流程如下：

第一步，提供一半导体硅衬底，在所述半导体硅衬底上采用低压自由基氧化工艺生长一层氧化层；