一种SONOS器件的制作方法与流程

一种sonos器件的制作方法
技术领域
1.本发明涉及半导体技术领域，特别是涉及一种sonos器件的制作方法。


背景技术：

2.sonos闪存(silicon-oxide-nitride-oxide-silicon)为电荷捕获型非易失型存储器，电荷存储在氮化膜中，采用双晶体管结构(2t，一个存储管和一个选择管)。正常的逻辑工艺中增加填充一层介电质(sin层)，通过sin层中的陷阱捕获和释放电荷来控制晶体管“开”或“关”，从而表征“1”和“0”两种存储状态。传统工艺是在硅衬底上首先沉积一层隧穿氧化层，之后沉积一层氮化硅用来捕获陷阱电子，最后是一层绝缘层以及生长多晶硅控制栅。
3.sonos基本编程操作为：向栅极施加正偏压；空穴被注入到氮化物；电子从反转区注入到氮化物；氮化物储存负电荷；阈值电压增加，晶体管“关断”。sonos基本擦除操作为：栅极施加负偏压；空穴从累积区注入氮化物中；氮化物储存正电荷；阈值电压降低，晶体管“导通”。
4.传统sonos工艺是利用的氮化硅陷阱层的缺陷，在高电场的作用下实现编程和擦除操作，适用于消费类电子存储模块，但是随着高温场景的普遍使用，氮化硅中浅能级陷阱衰退非常明显，所以能够设计低工作电压，深能级陷阱的工艺显得尤为迫切。


技术实现要素：

5.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sonos器件的制作方法，用于解决现有技术中sonos工艺的氮化硅中浅能级陷阱衰退明显，从而导致存储器性能差的问题。
6.为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种sonos器件的制作方法，至少包括：
7.步骤一、提供硅基底，在所述硅基底上形成隧穿氧化层；
8.步骤二、在所述隧穿氧化层上形成氮化硅层；
9.步骤三、在所述氮化硅层上形成偶极子层；
10.步骤四、在所述偶极子层上形成绝缘层；
11.步骤五、在所述绝缘层上形成多晶硅控制栅。
12.优选地，步骤三中的所述偶极子层为复合膜层。
13.优选地，步骤三中的所述偶极子层包括hfo(x)、lao(x)、hf(x)la(y)on、alo(x)或alon中的至少三种。
14.优选地，步骤三中的所述偶极子层为包含hflaon、hfon和laon的复合膜层。
15.优选地，在编程过程中，向步骤五中的所述多晶硅控制栅施加正偏压，伴随着所述正偏压的增加，步骤三中的所述偶极子层中偶极子的倾斜角度会同步增加，从而辅助编程过程中的量子隧穿效率，降低量子隧穿需要的电压。
16.优选地，在擦除过程中，向步骤五中的所述多晶硅控制栅施加负偏压，伴随着所述负偏压的增加，步骤三中的所述偶极子层中偶极子的倾斜角度会同步增加，从而辅助擦除过程中的量子隧穿效率，降低量子隧穿需要的电压。
17.优选地，当正偏压撤离后，所述偶极子层中的剩余电场还会保留极性，从而让电荷更稳定的被存储在所述氮化硅层中。
18.优选地，当负偏压撤离后，所述偶极子层中的剩余电场还会保留极性，从而让电荷更稳定的被存储在所述氮化硅层中。
19.如上所述，本发明的sonos器件的制作方法，具有以下有益效果：本发明公开了一种sonos flash存储器的结构，为si-oxide-nitride-(dipole)-oxide-si的复合结构。伴随着外加电场的增加，偶极子的倾斜角度也会同步增加，从而辅助编程/擦除过程中的量子隧穿效率，降低量子隧穿需要的电源电压，反之亦然，外电场撤去之后，偶极子剩余电场还会保留极性，从而让电荷更稳定的被保留在sin存贮层，也有利于存储器数据保持的可靠性。通过制造电偶极子来提升sin捕获电子的能力与密度，从而提升存储器器件性能。
附图说明
20.图1显示为本发明的sonos器件的制作方法流程图；
21.图2显示为本发明中的编程过程中的sonos器件结构示意图；
22.图3显示为本发明的擦除过程中的sonos器件结构示意图。
具体实施方式
23.以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
24.请参阅图1至图3。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
25.本发明提供一种sonos器件的制作方法，如图1所示，图1显示为本发明的sonos器件的制作方法流程图，该方法至少包括以下步骤：
26.步骤一、提供硅基底，在所述硅基底上形成隧穿氧化层；如图2所示，图2显示为本发明中的编程过程中的sonos器件结构示意图。
27.步骤二、在所述隧穿氧化层上形成氮化硅层；如图2所示，该步骤二在所述隧穿氧化层上形成氮化硅层(nitride)；
28.步骤三、在所述氮化硅层上形成偶极子层；如图2所示，该步骤三在所述氮化硅层(nitride)上形成偶极子层01；
29.本发明进一步地，本实施例的步骤三中的所述偶极子层为复合膜层。
30.本发明进一步地，本实施例的步骤三中的所述偶极子层包括hfo(x)、lao(x)、hf(x)la(y)on、alo(x)或alon中的至少三种。本发明进一步地，本实施例的步骤三中的所述偶
极子层为包含hflaon、hfon和laon的复合膜层。
31.步骤四、在所述偶极子层上形成绝缘层；如图2所示，该步骤四在所述偶极子层上形成绝缘层hto；
32.步骤五、在所述绝缘层上形成多晶硅控制栅。如图2所示，该步骤五在所述绝缘层上形成多晶硅控制栅(control gate)。
33.如图2所示，本发明进一步地，本实施例的在编程过程中，向步骤五中的所述多晶硅控制栅(control gate)施加正偏压，伴随着所述正偏压的增加，步骤三中的所述偶极子层中偶极子的倾斜角度会同步增加，从而辅助编程过程中的量子隧穿效率，降低量子隧穿需要的电压。在编程过程中，空穴被注入到所述氮化硅层中，储存负电荷阈值电压增加，晶体管“关断”。
34.本发明进一步地，本实施例的当正偏压撤离后，所述偶极子层中的剩余电场还会保留极性，从而让电荷更稳定的被存储在所述氮化硅层中。
35.如图3所示，图3显示为本发明的擦除过程中的sonos器件结构示意图。
36.本发明进一步地，本实施例的在擦除过程中，向步骤五中的所述多晶硅控制栅施加负偏压，伴随着所述负偏压的增加，步骤三中的所述偶极子层中偶极子的倾斜角度会同步增加，从而辅助擦除过程中的量子隧穿效率，降低量子隧穿需要的电压。在编擦除过程中，氮化硅中存储正电荷，阈值电压降低，晶体管“导通”。
37.本发明进一步地，本实施例的当负偏压撤离后，所述偶极子层中的剩余电场还会保留极性，从而让电荷更稳定的被存储在所述氮化硅层中。
38.综上所述，本发明公开了一种sonos存储器的结构，为si-oxide-nitride-(dipole)-oxide-si的复合结构。伴随着外加电场的增加，偶极子的倾斜角度也会同步增加，从而辅助编程/擦除过程中的量子隧穿效率，降低量子隧穿需要的电源电压，反之亦然，外电场撤去之后，偶极子剩余电场还会保留极性，从而让电荷更稳定的被保留在sin存贮层，也有利于存储器数据保持的可靠性。通过制造电偶极子来提升sin捕获电子的能力与密度，从而提升存储器器件性能。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
39.上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

技术特征：
1.一种sonos器件的制作方法，其特征在于，至少包括：步骤一、提供硅基底，在所述硅基底上形成隧穿氧化层；步骤二、在所述隧穿氧化层上形成氮化硅层；步骤三、在所述氮化硅层上形成偶极子层；步骤四、在所述偶极子层上形成绝缘层；步骤五、在所述绝缘层上形成多晶硅控制栅。2.根据权利要求1所述的sonos器件的制作方法，其特征在于：步骤三中的所述偶极子层为复合膜层。3.根据权利要求2所述的sonos器件的制作方法，其特征在于：步骤三中的所述偶极子层包括hfo(x)、lao(x)、hf(x)la(y)on、alo(x)或alon中的至少三种。4.根据权利要求3所述的sonos器件的制作方法，其特征在于：步骤三中的所述偶极子层为包含hflaon、hfon和laon的复合膜层。5.根据权利要求1所述的sonos器件的制作方法，其特征在于：在编程过程中，向步骤五中的所述多晶硅控制栅施加正偏压，伴随着所述正偏压的增加，步骤三中的所述偶极子层中偶极子的倾斜角度会同步增加，从而辅助编程过程中的量子隧穿效率，降低量子隧穿需要的电压。6.根据权利要求1所述的sonos器件的制作方法，其特征在于：在擦除过程中，向步骤五中的所述多晶硅控制栅施加负偏压，伴随着所述负偏压的增加，步骤三中的所述偶极子层中偶极子的倾斜角度会同步增加，从而辅助擦除过程中的量子隧穿效率，降低量子隧穿需要的电压。7.根据权利要求5所述的sonos器件的制作方法，其特征在于：当正偏压撤离后，所述偶极子层中的剩余电场还会保留极性，从而让电荷更稳定的被存储在所述氮化硅层中。8.根据权利要求7所述的sonos器件的制作方法，其特征在于：当负偏压撤离后，所述偶极子层中的剩余电场还会保留极性，从而让电荷更稳定的被存储在所述氮化硅层中。

技术总结
本发明提供一种SONOS器件的制作方法，提供硅基底，在硅基底上形成隧穿氧化层；在隧穿氧化层上形成氮化硅层；在氮化硅层上形成偶极子层；在偶极子层上形成绝缘层；在绝缘层上形成多晶硅控制栅。伴随着外加电场的增加，偶极子的倾斜角度也会同步增加，从而辅助编程和擦除过程中的量子隧穿效率，降低量子隧穿需要的电源电压，外电场撤去之后，偶极子剩余电场还会保留极性，从而让电荷更稳定的被保留在SIN存贮层，有利于存储器数据保持的可靠性。通过制造电偶极子来提升SIN捕获电子的能力与密度，从而提升存储器器件性能。从而提升存储器器件性能。从而提升存储器器件性能。


技术研发人员：钱亚峰 张磊 黄冠群 熊凌昊
受保护的技术使用者：上海华力集成电路制造有限公司
技术研发日：2023.05.18
技术公布日：2023/8/9