[发明专利]一种具有双层电介质电荷捕获层的DC-SONOS存储器及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体电荷捕捉存储器领域，尤其涉及一种具有双层电介质电荷捕获层的DC-SONOS存储器及其制备方法。

背景技术

在半导体存储器领域，闪存是非易失性存储器技术中的一种，传统闪存利用浮动栅极作为电荷存储单元，但随着闪存技术的不断发展，存储密度不断增大，浮动栅极之间的距离减小，相邻浮动栅极的存储电荷之间会产生相互影响，对浮栅闪存技术而言，这就阻碍了存储密度的增加。而SONOS (硅一二氧化硅一氮化硅一二氧化硅一硅)存储器采用绝缘的电荷捕捉层来取代浮动栅极，完全避免了存储电荷之间的相互影响，同时它还以其独特的ONO结构，使得闪存具有稳定性好、可靠性高、低功耗、抗辐照能力强以及易与标准CMOS工艺兼容等特点被认为是最具潜力的高密度存储器技术。另外，与其他嵌入式非易失性存储器（NVM）技术相比，SONOS制备工艺所需的掩膜较少，具有更高的性价比；该技术还继承了闪存技术几十年积累的成果，具有可靠性好、集成度高和与基底CMOS工艺兼容的特点；同时其ONO结构的特殊性及离散电荷存储等技术，使得SONOS技术能够实现的存储器单元及可靠性能不断提高。

图1A所示为现有技术的SONOS型非易失性存储器的横截面示意图。其结构包括衬底1，源端漏端2，栅极3，在栅极和衬底之间的介电叠层4，以及边墙5。其中，如图1B所示存储器的介电叠层4中自上而下分别为电荷阻挡层(SiO₂)4-1，电荷捕获层(Si₃N₄)4-2，隧穿层(SiO₂)4-3。

现有“SONOS”型存储器是指电荷捕获层为单一介质和单一结构的非易失性存储器器件，存储器的结构从下到上依次为硅衬底、二氧化硅隧穿层、氮化硅电荷存储层（电荷捕获层）、二氧化硅电荷阻挡层和栅极。在室温下，传统SONOS存储器的电荷丢失主要由P/E循环在隧穿层二氧化硅中引入的缺陷引起；随着工作温度的升高，这一因素的影响逐渐下降，电荷捕获层氮化硅中的空穴垂直输运和空穴堆积成为传统SONOS存储器的电荷丢失的主要因素。在高温（大于等于250摄氏度）恶劣环境下存在对数据保持有着极高要求的特殊存储装置。传统SONOS器件因其单一的电荷捕获层结构而无法提供足够的数据保持性能。

本发明克服了现有技术的电荷捕获层为单一结构的局限，提出了一种具有双层电介质电荷捕获层的DC-SONOS存储器，通过改变器件结构提高存储器的数据保持特性，有利于获得在工作条件较恶劣下仍保持较高数据保持特性的SONOS非易失性存储器。同时，本发明存储器的两层电荷捕获层分别通过LPCVD和PECVD两种方法制备得到，下层的氮化硅使用LPCVD工艺淀积而成，薄膜质量高，可以改善器件的擦写速度及抗擦写能力；上层的氮化硅使用PECVD工艺淀积而成，缺陷密度增加，有利于电荷的捕获；因此改进了本发明DC-SONOS型非易失性存储器的性能。

发明内容

本发明提出了一种具有双层电介质电荷捕获层的DC-SONOS存储器，包括：

半导体衬底，包括具有沟道表面的沟道，以及与所述沟道邻近的源端和漏端；

栅极； 

介于所述栅极和所述沟道表面之间的介电叠层；以及

位于所述栅极及介电叠层两侧的边墙；

其中，所述介电叠层包括：

隧穿层，与所述沟道表面接触；

叠加于所述隧穿层上方的电荷捕获层；所述电荷捕获层为双层电介质的复合结构；

叠加于所述电荷捕获层上方的阻挡层，与所述栅极接触。

其中，所述电荷捕获层包括：

与所述隧穿层接触的第一层电介质，其成分为Si₃N₄，厚度为1-30?；

邻近所述第一层的第二层电介质，其成分为SiN，厚度为1-50?。

本发明还提出了一种所述的DC-SONOS存储器的制备方法，在所述半导体衬底上方干氧氧化形成所述隧穿层，再于所述隧穿层上方形成所述电荷捕获层，采用LPCVD工艺于所述电荷捕获层上方形成阻挡层，再采用LPCVD工艺在所述阻挡层上方形成栅极，在所述栅极两侧形成边墙，最后自对准离子注入形成源端和漏端。其中，电荷捕获层中第一层电介质采用PECVD工艺于300-500℃温度下淀积制备而成，第二层电介质采用LPCVD工艺于500-900℃温度下淀积制备而成。