非揮發(fā)性存儲器的低氫濃度電荷捕獲層結(jié)構(gòu)及其形成方法技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)提供儲存單元，其包括：一半導(dǎo)體基板，其具有由通道區(qū)域隔開的至少兩個源極/漏極區(qū)域；一置于所述通道區(qū)域上方的電荷捕獲結(jié)構(gòu)；以及一置于所述電荷捕獲結(jié)構(gòu)上方的柵極；其中所述電荷捕獲結(jié)構(gòu)包括一底部絕緣層、一第一電荷捕獲層以及一第二電荷捕獲層，其中所述底部絕緣層與所述基板之間的接口具有小于約3×1011/cm2的氫濃度，且本發(fā)明專利技術(shù)提供一形成所述儲存單元的方法。

Low hydrogen concentration charge trapping layer structure for non-volatile memory and method for forming the same

The present invention provides a storage unit, which comprises: a semiconductor substrate having at least two sources separated by a channel region and drain region; a charge trapping structure disposed in the channel region; and a gate structure disposed in the charge trapping overhead; wherein the charge trapping structure includes a bottom insulation the first layer, a charge trapping layer and a second charge trapping layer, wherein the bottom between the insulating layer and the substrate interface is less than about 3 * 1011/cm2 concentration of hydrogen, and the invention provides a method for the storage unit.

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)是有關(guān)于一種非揮發(fā)性存儲器結(jié)構(gòu)及其形成方法，尤其是有關(guān)于一種具有 一低氫濃度電荷捕獲層的非揮發(fā)性存儲器結(jié)構(gòu)及其形成方法。
技術(shù)介紹
一非揮發(fā)性存儲器(“Non-volatile memory,NVM")是指即使從含有NVM單元的 裝置移除供電時也能夠連續(xù)地儲存信息的半導(dǎo)體存儲器。NVM包含光罩只讀存儲器(Mask Read-Only Memory, Mask ROM)、可編程只讀存儲器(Programmable Read-Only Memory, PROM)、可擦除可編程只讀存儲器(Erasable Programmable Read-Only Memory, EPR0M)、 電子式擦除編程只讀存儲器(Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory, EEPR0M)和閃存。非揮發(fā)性存儲器廣泛用于半導(dǎo)體工業(yè)中，且已開發(fā)成一防止已編程資料流 失的存儲器。通常，可基于裝置的最終用途要求來對非揮發(fā)性存儲器進(jìn)行編程、讀取和/或 擦除，且該已編程的資料可被儲存較長一段時間。通常，NVM單元含有一電荷儲存層，其是置于該單元的通道區(qū)域上方。當(dāng)將適當(dāng)?shù)?編程電壓施加到位于所述通道區(qū)域的相對側(cè)附近的源極和漏極，且施加到位在電荷儲存層 上方的柵極時，則電荷載子越過通道而移動進(jìn)入該電荷儲存層。在隨后的讀取操作中，可基 于測量到的通道電流來檢測所捕獲的電荷載子是否存在。傳統(tǒng)浮柵(floating gate)快閃存儲單元(其為一種類型的NVM)通常利用一儲 存單元，其特征在于由第一介電質(zhì)、在所述第一介電質(zhì)上的第一導(dǎo)電(電荷儲存)層、在所 述第一導(dǎo)電層上的一第二層中間介電質(zhì)和在所述中間介電質(zhì)上的第二導(dǎo)電層(控制柵)構(gòu) 成的垂直電荷儲存堆棧。在浮柵存儲器中，遍及整個導(dǎo)電儲存層儲存電荷。因此，存儲器狀 態(tài)可為捕獲的電荷或是未捕獲的電荷，即，代表單個資料的一比特。基于對更高的儲存能力和更小的單元尺寸的日益增加的要求，近年來已經(jīng)受到大 量關(guān)注的另一種類型的NVM單元是利用局部化的電荷儲存來提供每儲存單元兩個資料比 特。在這樣的裝置中，一非導(dǎo)電電荷捕獲層是設(shè)置在通道與柵極之間，且最佳地設(shè)置在兩 個介電層(例如二氧化硅)之間。一種這樣類型的NVM稱為氮化物只讀存儲器(nitride read only memory，"NROM”)且通常包括氧化物 / 氮化物 / 氧化物(oxide/nitride/oxide， “0N0”)電荷捕獲結(jié)構(gòu)。利用電荷捕獲材料的NVM單元的一個主要優(yōu)勢是電荷的局部化儲 存，其允許每個單元中儲存兩個資料比特。這樣的局部化電荷儲存允許一個電荷(比特-ι) 儲存在接近一個源極/漏極區(qū)域的區(qū)域中的電荷捕獲層中，且另一電荷(比特- 儲存在 接近另一源極/漏極區(qū)域的區(qū)域中的電荷捕獲層中。遺憾的是，利用電荷捕獲層并以局部化的方式儲存電荷的非揮發(fā)性儲存單元也有 問題存在。舉例來說，在氮化物儲存單元中，其中電荷捕獲層通常包括夾在兩個二氧化硅層之間的氮化硅層(“0N0結(jié)構(gòu)”)，氫原子可能在硅基板與電荷儲存ONO結(jié)構(gòu)的底部氧化物 (第一絕緣)層之間的接口位置處被捕獲。氫的來源可經(jīng)由用于形成所述層中的一者或一 者以上的各種技術(shù)(例如，經(jīng)由化學(xué)氣相沉積技術(shù))來產(chǎn)生并將其引入電荷儲存結(jié)構(gòu)。盡 管氫可使氧化物/硅接口處的懸空鍵鈍化，但當(dāng)裝置經(jīng)熱電洞(hot hole)注入時，硅-氫 鍵可能斷裂，所述熱電洞注入可用于擦除各種類型的非揮發(fā)性存儲器，其中包含ONO結(jié)構(gòu)。 因此，相信接口捕獲的氫至少是造成在硅與氧化物之間具有接口的存儲器裝置中的臨限電 壓的一些損失的部分原因。因此，所屬領(lǐng)域中需要非揮發(fā)性儲存單元，其具有特性改進(jìn)的局部化電荷儲存，且 較少遭受與接口捕獲的氫相關(guān)的問題。
技術(shù)實現(xiàn)思路
本專利技術(shù)涉及非揮發(fā)性儲存單元及形成該非揮發(fā)性儲存單元中的電荷捕獲層結(jié)構(gòu) 的方法。更明確地說，根據(jù)本專利技術(shù)的非揮發(fā)性儲存單元包括一電荷捕獲層結(jié)構(gòu)，所述電荷捕 獲層結(jié)構(gòu)包含一底部絕緣層，其具有較低的氫濃度，且較佳地具有可忽略的氫濃度。根據(jù)本 專利技術(shù)的非揮發(fā)性儲存單元具有顯著改進(jìn)的臨限電壓穩(wěn)定性和資料保持特性。本專利技術(shù)的一個實施例是關(guān)于一儲存單元，其包括一半導(dǎo)體基板，其具有由通道區(qū) 域隔開的至少兩個源極/漏極區(qū)域；一電荷捕獲結(jié)構(gòu)，其設(shè)置在所述通道區(qū)域上方；和柵 極，其設(shè)置在所述電荷捕獲結(jié)構(gòu)上方；其中電荷捕獲結(jié)構(gòu)包括底部絕緣層、第一電荷捕獲層 和第二電荷捕獲層，其中底部絕緣層與該基板間的接口具有小于約SXio1Vcm2的氫濃度。 較佳地，該底部絕緣層具有小于約6 X IO2Vcm3且更較佳地小于約1 X IO2Vcm3的整體氫濃 度。在某些較佳實施例中，電荷捕獲結(jié)構(gòu)進(jìn)一步包括頂部絕緣層。在本專利技術(shù)的各種較佳實施例中，底部絕緣層和頂部絕緣層中的一者或兩者包括氧 化物，且更較佳包括二氧化硅。在本專利技術(shù)的某些較佳實施例中，第一電荷捕獲層和第二電荷 捕獲層中的一者或兩者包括氮化物，且更較佳地，包括低壓化學(xué)氣相沉積的氮化硅。在某些 較佳實施例中，第一電荷捕獲層還具有小于約6X1021/cm3且更較佳小于約lX102°/cm3的 整體氫濃度。本專利技術(shù)的另一實施例針對一種包括以下步驟的方法在半導(dǎo)體基板表面的一部分 上方形成底部絕緣層；在所述絕緣層上方形成第一電荷捕獲層；使底部絕緣層和第一電荷 捕獲層經(jīng)過退火；以及在所述第一電荷捕獲層上方形成第二電荷捕獲層。可較佳地用以下 方式執(zhí)行退火從底部絕緣層和第一電荷捕獲層中移除殘余的氫，同時仍然在底部絕緣層 /基板接口處留下一些接口陷阱。在第二電荷捕獲層的沉積期間產(chǎn)生的氫可由第一電荷捕 獲層吸收，且因此遠(yuǎn)離底部絕緣層/基板接口。在本專利技術(shù)的某些實施例中，所述方法進(jìn)一步 包括在第二電荷捕獲層上方形成頂部絕緣層。在某些較佳實施例中，在至少約1000°c的溫 度下的惰性氣體中執(zhí)行退火。本專利技術(shù)的又一實施例針對一種包括以下步驟的方法在干燥氧氣中，在半導(dǎo)體基 板表面的一部分上方形成底部氧化層；經(jīng)由低壓化學(xué)氣相沉積，在底部氧化層上方形成第 一電荷捕獲氮化層；在具有低氫含量，且較佳地包括從由氮、氬、氧和其混合物組成的組中 選擇的氣體中以至少約1000°c的溫度對底部氧化層和第一電荷捕獲層進(jìn)行退火；經(jīng)由低 壓化學(xué)氣相沉積，在第一電荷捕獲層上方形成第二電荷捕獲氮化層；以及經(jīng)由低壓化學(xué)氣相沉積，在第二電荷捕獲層上方形成一上部氧化層。 附圖說明以下由圖標(biāo)、組件符號及配合附圖的詳細(xì)說明，進(jìn)一步就本專利技術(shù)的較佳實施例詳 加說明如下，其中圖1是根據(jù)本專利技術(shù)一個實施例的非揮發(fā)性儲存單元的橫截面圖標(biāo)。2e是根據(jù)本專利技術(shù)的方法的一個實施例的各個生產(chǎn)階段下的非揮發(fā)性儲 存單元的橫截面圖標(biāo)。具體實施例方式現(xiàn)將詳細(xì)參考本專利技術(shù)和其目前為較佳的實施例，其實例在附圖中得以說明。在任 何可能之處，在附圖和描述內(nèi)容中使用相同或相似的參考組件符號來指代相同或類似的部 分。應(yīng)注意，附圖呈大為簡化的形式且并非按精確的比例繪制。根據(jù)本文的揭示內(nèi)容，僅出 于便利和清楚的目的，對于附圖使用方向術(shù)語，例如頂部、底部、左、右、上、下、上方、下方、 下面、后面和前面。結(jié)合附圖的以下描述內(nèi)容使用的此類方向術(shù)語不應(yīng)解釋為以所附中請 專利范圍中并未明顯陳述的任何方式本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點】
１．一種形成非揮發(fā)性存儲器的方法，其特征在于，由下述步驟組成：在半導(dǎo)體基板表面的一部分上方形成一底部絕緣層；在所述絕緣層上方形成一第一電荷捕獲層；對所述底部絕緣層和所述第一電荷捕獲層進(jìn)行一個退火步驟，以使氫從所述底部絕緣層中釋放；以及在所述第一電荷捕獲層上方形成一第二電荷捕獲層，其中所述經(jīng)受退火后的所述底部絕緣層和所述第一電荷捕獲層具有低氫濃度。

【技術(shù)特征摘要】
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【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：施彥豪，吳旻達(dá)，李士勤，謝榮裕，賴二琨，謝光宇，
申請(專利權(quán))人：旺宏電子股份有限公司，
類型：發(fā)明
國別省市：71