专利名称：嵌入式快闪存储器中隧穿氧化层的制备方法
技术领域：
本发明属于半导体器件领域，是一种适合于SOC(System On A Chip)应用的嵌入式快闪存储器中制备隧穿氧化层的方法。
由此可见，具有低的势垒高度并具有良好的SILC和反常漏电流特性的隧穿氧化层对于满足SOC应用的快闪存储器是非常必要和重要的。
本发明的另一目的在于，提供一种嵌入式快闪存储器中隧穿氧化层的制备方法，它的工艺制备技术与现行的大规模集成电路生产技术是兼容的，不需要添加特别的设备，只是采用普遍使用的干法刻蚀设备、氧化设备和清洗设备，只是在制备栅氧化层之前，采用该工艺技术对硅片表面进行特殊的处理，从而使的制备出的栅氧化层具有较低的势垒高度。
本发明一种嵌入式快闪存储器中隧穿氧化层的制备方法，其特征在于，该方法包括如下步骤，1)首先对要生长隧穿氧化层的硅片进行清洗；2)然后利用干法刻蚀机，在干法刻蚀机上进行氟化处理；3)处理完后，对硅片先进行常规的清洗，然后再在异丙醇清洗液中清洗1分钟；4)把硅片送入高温氧化炉处理，这样具有低的隧穿势垒的隧穿氧化层就制备完成了。
其中步骤1中所述的清洗是1号清洗液和2号清洗液的清洗。
其中步骤2中所述的在干法刻蚀机氟化处理，是在500mTorr压力下，通100SCCM CF4气体流量，该高度为1.1cm、功率为10W、时间为1-2分钟。
其中步骤4中所述的高温氧化炉处理，其是在850℃下进行5分钟的氧化，然后再在850℃，氧化氮氛围中进行5分钟的氮化，经20分钟退火后取出。
图4是不同制备方法的隧穿氧化层的反向隧穿电流比较图；图5是不同制备方法的隧穿氧化层的SILC和反常漏电流的比较图。
请参阅
图1所示，为一种基本的叠栅型快闪存储器件单元结构的剖面图，这种结构有着广泛地应用，如集成电路中储存信息、在可编程逻辑器件中可以保存结构信息、以及用作可编程的只读存储器等等。它是非挥发性的，在十年或十年以上的时间里，在断电的情况下都可以保存信息，在它的寿命里可以编程/擦写许多次，它是一种电可编可擦存储器或快闪存储器单元。
图1中的隧穿栅氧化层105通常要满足以下要求高的击穿场强、低的电子陷阱密度和低的漏电流。它通常采用在800-900℃，大气压下，干氧氧化而成，在P型器件中，往往还进行氮化以提高它的防硼穿通能力。它也可以采用低气压下的湿氧氧化、CVD(化学气相淀积)氧化等来制备。而栅氧化层特性主要受下列因素影响硅衬底、氧化前清洗、硅片中残留水份、生长环境、生长速度、氧化后退火等。对于快闪存储器件来说，由于受到可靠性方面的限制，隧穿栅氧化层105的厚度不能小于7纳米，同时要具有良好的SILC和反常漏电流特性。在通常的隧穿栅氧化层105的制备过程中，只是对要生长隧穿栅氧化层105的硅片进行氧化前的清洗，如用SC1、SC2(1号、2号清洗液)清洗液进行清洗等。该发明的主要方面是对要生长隧穿栅氧化层105的硅片进行氧化前的处理并用不同于普通的清洗液进行清洗。
该发明的具体处理步骤如下1)首先对要生长隧穿氧化层105的硅片101进行常规SC1和SC2的清洗；2)然后利用干法刻蚀机，在500mTorr压力下，通100SCCM CF4气体流量，在干法刻蚀机高度为1.1cm，功率为10W的条件下进行1-2分钟的氟化处理；3)处理完后，对硅片101先进行常规的SC1和SC2的清洗，然后再在IPA中清洗1分钟；4)把硅片101送入高温氧化炉，在850℃下进行5分钟的氧化，然后再在850℃，N2O氛围中进行5分钟的氮化，经20分钟退火后取出，这样具有低的隧穿势垒的隧穿氧化层105就制备完成了。
该发明主要是在对硅片101进行预处理的过程中，对硅片进行氟化，从而在硅片101中引入氟，经过大量别人的研究证明，氟能够有效地降低氧化层的势垒高度，同时也能提高隧穿氧化层105的SILC应力诱导漏电流和反常漏电流特性，但大部分的方法都是与集成电路的生产工艺是不兼容的。该发明的制备方法既简单，又能与常规的集成电路生产工艺兼容，因而具有很好的应用前景。
图2为快闪存储器件在编程过程中的能带示意图，在源漏电压的作用下，沟道中的电子将获得大于势垒高度201的能量从而跃过氧化层势垒，进入浮栅106，完成注入电子的过程。图中虚线为普通氧化层的势垒高度，实线为降低后的隧穿氧化层105的势垒高度201，从图中可见，在隧穿氧化层势垒高度有效降低后，电子注入所需的能量将降低，从而降低栅极108的工作电压。
图3为我们制备的隧穿氧化层105与普通隧穿氧化层的正向I-V特性，对应快闪存储器中的电子注入浮栅106的过程，其中用该方法分别处理30秒，1分钟，2分钟，4分钟，可见经过本发明的工艺技术处理后，其产生隧穿电流的工作电压能降低至1V左右，能很好地满足0.13微米及以下工艺技术中制备嵌入式快闪存储器的需要。
图4为我们制备的隧穿氧化层105与普通隧穿氧化层的反向电流-电压特性，对应快闪存储器中的电子从浮栅106中逸出的过程，同样可见，经过该发明处理过的隧穿氧化层，能有效地降低该过程的工作电压。
图5为我们制备的隧穿氧化层105与普通隧穿氧化层的漏电特性比较，从图中可见，经过该发明处理过的隧穿氧化层105具有良好的抑制应力诱导漏电流和反常漏电流的特性，从而使得该发明在应用中不仅能降低栅极108的工作电压而且具有高的可靠性，能很好地满足嵌入式快闪存储器在片上系统应用中的需要。
权利要求
1.一种嵌入式快闪存储器中隧穿氧化层的制备方法，其特征在于，该方法包括如下步骤，1)首先对要生长隧穿氧化层的硅片进行清洗；2)然后利用干法刻蚀机，在干法刻蚀机上进行氟化处理；3)处理完后，对硅片先进行常规的清洗，然后再在异丙醇清洗液中清洗1分钟；4)把硅片送入高温氧化炉处理，这样具有低的隧穿势垒的隧穿氧化层就制备完成了。
2.根据权利要求1所述的嵌入式快闪存储器中隧穿氧化层的制备方法，其特征在于，其中步骤1中所使用的清洗液是1号清洗液和2号清洗液。
3.根据权利要求1所述的嵌入式快闪存储器中隧穿氧化层的制备方法，其特征在于，其中步骤2中所述的在干法刻蚀机氟化处理，是在500mTorr压力下，通100SCCM CF4气体流量，该高度为1.1cm、功率为10W、时间为1-2分钟。
4.根据权利要求1所述的嵌入式快闪存储器中隧穿氧化层的制备方法，其特征在于，其中步骤4中所述的高温氧化炉处理，其是在850℃下进行5分钟的氧化，然后再在850℃，氧化氮氛围中进行5分钟的氮化，经20分钟退火后取出。
全文摘要
本发明一种嵌入式快闪存储器中隧穿氧化层的制备方法，该方法包括如下步骤，1)首先对要生长隧穿氧化层的硅片进行清洗；2)然后利用干法刻蚀机，在干法刻蚀机上进行氟化处理；3)处理完后，对硅片先进行常规的清洗，然后再在异丙醇清洗液中清洗1分钟；4)把硅片送入高温氧化炉处理，这样具有低的隧穿势垒的隧穿氧化层就制备完成了。
文档编号H01L21/70GK1459833SQ02120379
公开日2003年12月3日 申请日期2002年5月24日 优先权日2002年5月24日
发明者欧文, 钱鹤 申请人:中国科学院微电子中心