[发明专利]一种改善隧穿氧化层可靠性的方法

说明书

本发明提供一种改善隧穿氧化层可靠性的方法，提供硅基底；在硅基底上表面形成第一氧化硅层；在第一氧化硅层和所述硅基底界面掺氮，形成位于第一氧化硅层和硅基底界面处的氮氧化硅层；氧化硅基底上表面，在氮氧化硅层和硅基底界面处形成第二氧化硅层，其中氧化硅基底上表面的反应温度为900℃，反应气体为氧气；在第一氧化硅层上形成浮栅。本发明通过在LPRO以及NO退火工艺后增加再氧化工艺使掺N峰远离SiO2‑Si界面，从而达到改善界面性能，提高器件可靠性。

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，特别是涉及一种改善隧穿氧化层可靠性的方法。

背景技术

作为隧穿氧化层的氮氧化硅，必须要有较好的薄膜特性和工艺可控性，所以一般工艺是先形成一层致密的、高质量的二氧化硅层，然后通过对二氧化硅氮化来实现。ISSG(原位蒸汽生成)和LPRO(低压自由基氧化)工艺氧化膜质量较高，可作为隧穿氧化层。然而，ISSG常用于生长薄氧化膜，且在使用时伴随着overlay的问题。相对而言，LPRO的反应气为氢气和氧气，且为低压条件，与常压反应相比，低压反应形成的氧化膜均匀性更好，且膜质更致密。而氮化工艺主要有N2O或NO退火。N2O在退火过程中会分解出氧化性很强的原子氧，掺N的同时会进一步氧化硅基底，并且会置换出已经掺入的氮原子，因此N2O退火掺N存在掺N量小、氧化膜变厚的缺点。相比之下，采用NO退火掺N量大，并且原有的氧化膜厚度变化很小，因此NO退火被广泛用于对氧化膜界面进行掺N用于改善器件的擦写次数(cycling)性能。

19nm NAND cell区的隧穿氧化层(Tunnel Oxide)与低压(LV)区栅氧层共用一道工序，采用LPRO以及NO退火工艺形成氮氧化硅，其中NO退火的掺氮峰靠近SiO2和Si基底之间。

Si-SiO2界面掺N，引入的N优先与Si-SiO2界面的缺陷如Si悬挂键或Si-O扭曲键反应形成Si-N键，而在SiO2网络中Si-N键的晶格不匹配会使附近的Si-O键扭曲和削弱，从而在界面生成更多的易断裂键，在F-N应力作用下导致更多的Si和O悬挂键。

对于隧穿氧化层来说，氮含量越高，擦写次数越好；而对于栅氧层，氮含量会增强NBTI(负偏压温度不稳定)退化(N在NBTI效应中提供空穴陷阱且充当了氢离子陷阱中心)，从而导致器件阈值电压漂移。

由于NBTI反应发生在Si-SiO2界面，因此只有Si-SiO2界面处的N才会对NBTI造成严重的影响。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种改善隧穿氧化层可靠性的方法，用于解决现有技术中在隧穿氧化层形成过程中，Si/SiO2界面处的N影响器件性能的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种改善隧穿氧化层可靠性的方法，该方法至少包括以下步骤：

步骤一、提供硅基底；在所述硅基底上表面形成第一氧化硅层；

步骤二、在所述第一氧化硅层和所述硅基底界面掺氮，形成位于所述第一氧化硅层和所述硅基底界面处的氮氧化硅层；

步骤三、氧化所述硅基底上表面，在所述氮氧化硅层和所述硅基底界面处形成第二氧化硅层，其中氧化所述硅基底上表面的反应温度为900℃，反应气体为氧气；

步骤四、在所述第一氧化硅层上形成浮栅。

优选地，步骤一中在所述硅基底表面形成所述第一氧化硅层的方法采用低压自由基氧化法。

优选地，步骤二中采用NO退火工艺在所述第一氧化硅层和所述硅基底界面掺氮。

优选地，步骤三中在所述氮氧化硅层和所述硅基底界面处形成所述第二氧化硅层的方法采用低压自由基氧化法。

优选地，步骤二中形成的所述氮氧化硅层用于19nm NAND cell区的隧穿氧化层。