[发明专利]非挥发存储器的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种半导体制造技术领域的非挥发存储器的制备方法，特别是涉及一种采用共蒸法经高温退火形成纳米晶层的工序及与之兼容的制作栅电极和源、漏电极的工序最终完成三端增强型MOS纳米晶浮栅型非挥发存储器的方法。

背景技术

非挥发性存储器的主要特点是在不加电的情况下也能够长期保持存储的信息。它既有只读存储器(ROM)的特点，又有很高的存取速度，而且易于擦除和重写，功耗较小。随着多媒体应用、移动通信等对大容量、低功耗存储的需要，非挥发性存储器，特别是闪速存储器(Flash)，所占半导体器件的市场份额变得越来越大，也越来越成为一种相当重要的存储器类型。

传统的Flash存储器是采用多晶硅薄膜浮栅结构的硅基非挥发存储器，其局限主要与器件隧穿介质层(一般是氧化层)的厚度有关：一方面要求隧穿介质层比较薄，以实现快速有效的P/E操作，另一方面要求具备较好的数据保持性能以保持电荷存储十年以上。自1995年S.Tiwari首次提出采用硅纳米晶作为存储节点的概念后，纳米晶浮栅存储器由于其突出的可缩小性能、高可靠性、低压低功耗操作等一系列优点，引起了广泛的研究兴趣。

纳米晶浮栅存储器利用纳米晶体作为电荷存储介质，每一个纳米晶粒与周围晶粒绝缘且只存储少量几个电子，从而实现分立电荷存储。分立电荷存储的优点是显而易见的：对于传统的浮栅存储结构，隧穿介质层上的一个缺陷即会形成致命的放电通道；而分立电荷存储可以降低此问题的危害，隧穿介质层上的缺陷只会造成局部纳米晶上的电荷泄漏，这样使电荷保持更稳定。纳米晶存储器存储单元的状态取决于存储在纳米晶上的电荷。对P型衬底的纳米晶存储器而言，写入时，电子从沟道反型层或者栅进入纳米晶；擦除时，存储在纳米晶上的电子通过各种机制被释放出纳米晶；读出时，由于纳米晶上有无电子会造成存储器件阈值电压V_th的变化，通过外围电路的电流检测可以判断‘0’和‘1’两种状态，从而实现存储功能。

而随着微电子技术的迅猛发展，半导体器件的尺寸进一步按比例缩小，传统的二氧化硅栅氧化层厚度相应减薄。这时电子的隧穿电流更趋明显，成为器件等比例缩小的一个限制性因素。因此传统的二氧化硅介质已经无法满足半导体器件的要求，而需要寻找高性能的、与半导体制备工艺兼容的高介电常数的绝缘栅介质替代传统的二氧化硅介质，如二氧化钛、二氧化铪、三氧化二铝等。用高介电常数栅介质材料替代二氧化硅，可以通过增加栅介质层的物理厚度降低栅泄漏电流，改善器件性能。

在这类纳米晶浮栅存储器的制作中，尺寸小、分布均匀、具有纳米量级的量子点的制作是一个关键。到目前为止，对于制造纳米晶浮栅型非挥发性存储器的方法，有的隧道层采用氧化硅、氧化铝、氧氮化硅、氧化钽、氧化铪、氧化锆等，浮栅采用包括金属量子点在内的材料。现有的形成方法有：申请号为CN200410056605.9的中国发明专利提供了一种“具纳米晶体或纳米点之存储单元″，硅、锗纳米晶通过离子注入的方式形成。申请号为CN200310116438的中国发明专利提供了一种″制造带有纳米点的存储器的方法″，通过多孔模板(通过氧化形成)掩蔽刻蚀电荷存储层(Si、Si₃N₄、Al₂O₃)形成纳米点，过程为先沉积模板层，接着氧化形成多孔模板，淀积量子点材料，刻蚀并平坦化。上海中芯国际公司(SemiconductorManufacturing International Corp.)采用低压化学气相沉积(LowPressure Chemical Vapor Deposition)的方法得到量子点，过程为首先在500℃下淀积非掺杂非晶硅薄膜，接着通硅烷(SiH₄)气流并将温度升高至550℃，然后在氮气(N₂)氛围下高温退火。然而这些方法都存在制造工艺过程复杂、耗时，加工成本过高，难以大规模集成的缺点。

有鉴于上述现有的非挥发存储器的制备方法存在的缺陷，本发明人基于从事此类产品设计制造多年丰富的实务经验及专业知识，积极加以研究创新，以期创设一种新的非挥发存储器的制备方法，使其更具有实用性。

发明内容

本发明的主要目的在于，克服现有的非挥发存储器的制备方法存在的缺陷，而提供一种新的非挥发存储器的制备方法，所要解决的技术问题是使制备工艺简化，提高制造效率，提高纳米晶层的稳定性，从而更加适于实用，且具有产业上的利用价值。

A、在半导体衬底上形成一层栅氧化层；