专利名称：一种制作复合俘获层的方法
技术领域：
本发明涉及微电子技术领域，具体涉及一种制作兼有氮化硅电荷俘获层及纳米晶电荷存储层的复合俘获层的方法，适用于制作复合电荷俘获机制的浮栅式存储器。
背景技术：
浮栅式非易失存储器是目前被大量使用和普遍认可的主流非易失存储器类型，被广泛应用于电子和计算机行业。传统的浮栅结构存储单元由于结构与材料的限制，致使快 速写入/擦除操作的要求和长期稳定存储的需求之间产生了严重矛盾。且随着特征尺寸的 缩小，此矛盾更加显著。随着特征尺寸推进至纳米级，在缩小存储单元、提高存储密度的同时提高存储数据读写、擦除和保持性能，已经成为目前浮栅存储单元发展面临的关键问题。这就要求从材 料和结构上对传统浮栅存储单元加以改进。纳米晶浮栅非易失性存储单元利用纳米晶作为电荷存储介质，每一个纳米晶颗粒与周围晶粒绝缘且只存储少量电荷，从而实现分立电荷存储。即使隧穿介质层上的缺陷形 成致命的放电通道，只会造成局部纳米晶上的电荷泄漏而对总体存储影响甚小，电荷的保 持更稳定。除了采用纳米晶取代传统的连续浮栅层外，采用新的电荷存储机制也是一条提 高浮栅存储器性能的途径。利用氮化硅中的陷阱能级俘获电荷就是一种较常见的方法。结合纳米晶和氮化硅电荷俘获层的复合俘获式浮栅存储器(HybirdTrapping Floating-Gate Nonvolatile Memory)，其电荷存储于“俘获介质/纳米晶层/俘获介质” 堆叠的复合俘获层中，可以得到更大的存储窗口 ；陷阱能级对电荷的束缚能有效改善器件 的数据保持特性；同时还可以抑制过擦现象，降低操作电压，综合改善器件性能。目前器件 中的复合俘获层多采取多步工艺进行堆叠制作，较复杂，不易控制一致性，不利于大规模应 用。
发明内容
(一)要解决的技术问题针对上述当前浮栅型非易失性存储器中复合俘获层制作方法上的不足，本发明的主要目的在于提出一种更简单、成本更低的兼有氮化硅电荷俘获层及纳米晶电荷存储层的 复合俘获层的制作方法。( 二)技术方案为达到上述目的，本发明提供了一种制作兼有氮化硅电荷俘获层及纳米晶电荷存储层的复合俘获层的方法，该方法包括A、采用反应溅射的方式在隧穿介质层上沉积含有氮的金属硅化物薄膜；B、对含有氮的金属硅化物薄膜进行快速热退火处理，形成兼有氮化硅电荷俘获层及纳米晶电荷存储层的复合俘获层。上述方案中，步骤A中所述金属硅化物薄膜中的金属硅化物，包括CMOS工艺中常用金属的硅化物TixSiy、NixSiy, WxSiy, TaxSiy, MoxSiy和NixSiy，其中下标χ和y表示金属和 Si所占的原子百分比，且χ < 0. 4，y > 0. 6。上述方案中，步骤A中所述的金属硅化物薄膜的厚度为Snm至15nm。上述方案中，步骤A中所述采用反应溅射的方式在隧穿介质层上沉积含有氮的金属硅化物薄膜，包括采用金属靶和Si靶在N2和Ar气氛中反应共溅射，或者采用金属硅化 物靶(单靶)在N2和Ar气氛中反应溅射。上述方案中，步骤B中所述的纳米晶电荷存储层是某种金属硅化物，或者是某种 金属的氮化物，或者是某种金属硅化物及其氮化物两者兼有，纳米晶嵌于氮化硅层中。上述方案中，所述金属硅化物包括CMOS工艺中常用金属的硅化物TixSiy、NixSiy, WxSiy、TaxSiy、MoxSidPNixSiy，其中下标χ和y表示金属和Si所占的原子百分比，且x<0. 4， y > 0. 6。上述方案中，步骤B中所述对含有氮的金属硅化物薄膜进行快速热退火处理，是 在N2气氛中快速热退火100秒，退火温度600摄氏度。(三)有益效果从上述技术方案可以看出，本发明具有以下有益效果(1)本发明所采用的溅射和快速热处理等工艺，与CMOS传统工艺兼容。(2)本发明简化了制备复合俘获层的工艺步骤，降低了制作成本。(3)本发明具有方法简易，工艺与传统CMOS硅平面工艺兼容等优点，利于推广应用。
图1为复合俘获浮栅型非易失性存储器的基本结构示意图；图中S、D分别表示源 和漏导电区。图2为本发明提出的制作兼有氮化硅电荷俘获层及纳米晶电荷存储层的复合俘 获层的方法流程图；图3-1为采用反应溅射的方式，在N2和Ar气氛中，于隧穿介质层上沉积含有N的 金属硅化物薄膜的示意图；301是硅衬底，302是隧穿介质层，303是含有N的金属硅化物薄 膜图3-2为在合适的条件下快速热处理，形成兼有SiNx电荷俘获层及纳米晶电荷存 储层的复合电荷俘获层的示意图；304为复合电荷俘获层。
具体实施例方式为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照 附图，对本发明进一步详细说明。如图2所示，图2为本发明提出的制作兼有氮化硅电荷俘获层及纳米晶电荷存储 层的复合俘获层的方法流程图，该方法包括步骤201 采用反应溅射的方式在隧穿介质层上沉积含有氮的金属硅化物薄膜；步骤202 对含有氮的金属硅化物薄膜进行快速热退火处理，形成兼有氮化硅电 荷俘获层及纳米晶电荷存储层的复合俘获层。
上述步骤201中所述金属硅化物薄膜中的金属硅化物，包括CMOS工艺中常用金属的硅化物TixSiy、NixSiy、WxSiy、TaxSiy、MoxSiy和NixSiy，其中下标χ和y表示金属和Si所占 的原子百分比，且χ < 0.4, y > 0. 6。金属硅化物薄膜的厚度为8nm至15nm。上述步骤201中所述采用反应溅射的方式在隧穿介质层上沉积含有氮的金属硅化物薄膜，包括采用金属靶和Si靶在N2和Ar气氛中反应共溅射，或者采用金属硅化物靶 (单靶)在N2和Ar气氛中反应溅射。上述步骤202中所述的纳米晶电荷存储层是某种金属硅化物，或者是某种金属的 氮化物，或者是某种金属硅化物及其氮化物两者兼有，纳米晶嵌于氮化硅层中。金属硅化物 包括CMOS工艺中常用金属的硅化物TixSiy、NixSiy、WxSiy、TaxSiy、MoxSiy和NixSiy，其中下标 χ和y表示金属和Si所占的原子百分比，且χ < 0. 4，y > 0. 6。在本发明的一个实施例中，先在ρ型低阻硅衬底的(100)晶面上热干氧氧化生长 一层4nm厚的SiO2作为隧穿介质层。然后在Ar和N2流量比为2 1、气压0.6Pa的气氛 中反应溅射一层8nm厚度的Nia3Sia7薄膜。溅射完成后，在N2气氛中快速热退火100秒， 退火温度600摄氏度，完成复合俘获层的制备。图3-1至图3-2是用于说明本发明的一个实施例的示意图。图3-1是说明本发明 的一个实施例中，使用反应溅射一层8nm厚度的Ma3Sia7薄膜的示意图。图3-2是说明本 发明的一个实施例中，在N2气氛、600摄氏度中RTA快速热退火100s，完成复合俘获层的制 备的示意图。以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详 细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡 在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保 护范围之内。
权利要求
一种制作兼有氮化硅电荷俘获层及纳米晶电荷存储层的复合俘获层的方法，其特征在于，该方法包括A、采用反应溅射的方式在隧穿介质层上沉积含有氮的金属硅化物薄膜；B、对含有氮的金属硅化物薄膜进行快速热退火处理，形成兼有氮化硅电荷俘获层及纳米晶电荷存储层的复合俘获层。
2.根据权利要求1所述的制作兼有氮化硅电荷俘获层及纳米晶电荷存储层的复合俘 获层的方法，其特征在于，步骤A中所述金属硅化物薄膜中的金属硅化物，包括CMOS工艺中 常用金属的硅化物TixSiy、NixSiy, WxSiy, TaxSiy, MoxSiy和NixSiy，其中下标χ和y表示金属 和Si所占的原子百分比，且χ < 0. 4，y > 0. 6。
3.根据权利要求1所述的制作兼有氮化硅电荷俘获层及纳米晶电荷存储层的复合俘 获层的方法，其特征在于，步骤A中所述的金属硅化物薄膜的厚度为Snm至15nm。
4.根据权利要求1所述的制作兼有氮化硅电荷俘获层及纳米晶电荷存储层的复合俘 获层的方法，其特征在于，步骤A中所述采用反应溅射的方式在隧穿介质层上沉积含有氮 的金属硅化物薄膜，包括采用金属靶和Si靶在N2和Ar气氛中反应共溅射，或者采用金属 硅化物靶(单靶)在N2和Ar气氛中反应溅射。
5.根据权利要求1所述的制作兼有氮化硅电荷俘获层及纳米晶电荷存储层的复合俘 获层的方法，其特征在于，步骤B中所述的纳米晶电荷存储层是某种金属硅化物，或者是某 种金属的氮化物，或者是某种金属硅化物及其氮化物两者兼有，纳米晶嵌于氮化硅层中。
6.根据权利要求5所述的制作兼有氮化硅电荷俘获层及纳米晶电荷存储层的复合 俘获层的方法，其特征在于，所述金属硅化物包括CMOS工艺中常用金属的硅化物TixSiy、 NixSiy, WxSiy, TaxSiy, MoxSiy和NixSiy,其中下标χ和y表示金属和Si所占的原子百分比， 且 χ < 0. 4，y > 0. 6。
7.根据权利要求1所述的制作兼有氮化硅电荷俘获层及纳米晶电荷存储层的复合俘 获层的方法，其特征在于，步骤B中所述对含有氮的金属硅化物薄膜进行快速热退火处理， 是在N2气氛中快速热退火100秒，退火温度600摄氏度。
全文摘要
本发明公开了一种制作兼有氮化硅电荷俘获层及纳米晶电荷存储层的复合俘获层的方法，适用于制作复合电荷俘获机制的浮栅式存储器，该方法包括A、采用反应溅射的方式在隧穿介质层上沉积含有氮的金属硅化物薄膜；B、对含有氮的金属硅化物薄膜进行快速热退火处理，形成兼有氮化硅电荷俘获层及纳米晶电荷存储层的复合俘获层。本发明具有方法简易，工艺与传统CMOS硅平面工艺兼容等优点，利于推广应用。
文档编号H01L21/8247GK101800169SQ20091007767
公开日2010年8月11日 申请日期2009年2月11日 优先权日2009年2月11日
发明者刘明, 杨仕谦, 王琴, 龙世兵 申请人:中国科学院微电子研究所