[发明专利]闪存单元的形成方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体制造技术领域，尤其涉及一种闪存单元的形成方法。

背景技术

在目前的半导体产业中，集成电路的产品主要分为三大类型：模拟电路、数字电路和数/模混合电路，其中存储器件是数字电路中一个重要类型。近年来，在存储器件中，闪存单元（flash memory）的发展尤为迅速。闪存单元的主要特点是在不加电压的情况下能长期保持存储的信息；且具有集成度高、存取速度快、易擦除和重写等优点，因而在微机、自动化控制等多个领域得到了广泛的应用。

现有工艺中，闪存单元包括：半导体衬底，所述半导体衬底中形成有P型掺杂阱；位于半导体衬底内的源极和漏极，所述源极和漏极的掺杂类型为N型；位于所述源极和漏极之间半导体衬底上的隧穿氧化层，所述隧穿氧化层的材料为氧化硅；位于隧穿氧化层上的浮置栅极，所述浮置栅极的材料为多晶硅；位于所述浮置栅极上的隔离绝缘层，所述隔离绝缘层的材料为氧化硅；位于所述隔离绝缘层上的控制栅极。

在编程阶段，在漏极施加一个漏极电压，在漏极电压的作用下，热电子从源极向漏极迁移；又在控制栅极施加一个栅极电压，在栅极电压的作用下，热电子从漏极经过隧穿氧化层注入浮置栅极。在擦除阶段，在源极上施加一个源极电压，在源极电压的作用下，电子从浮置栅极经过隧穿氧化层隧穿到源极。然而，在进行多次编程和擦除后发现，隧穿氧化层易出现缺陷，导致浮置栅极内电子容易流失的问题。而由于浮置栅极为导体，只要多晶硅某一处发生漏电，整个浮置栅极内电子就会全部流失，闪存单元的数据保持力较差，甚至丧失存储能力。

为此，现有工艺提供了一种闪存单元的形成方法，包括：提供半导体衬底；在所述半导体衬底内形成源极和漏极；在所述源极和所述漏极之间的半导体衬底上由下至上依次形成隧穿氧化层、纳米晶体硅颗粒、隔离绝缘层和控制栅极；形成所述纳米晶体硅颗粒的方法包括：在所述隧穿氧化层上形成无定形硅层；在所述无定形硅层上进行一次籽晶颗粒形成工艺；进行退火工艺，直至在隧穿氧化层上形成包括多个相互绝缘的纳米晶体硅颗粒。所形成的闪存单元通过纳米晶体硅颗粒存储电子。在隧穿氧化层出现缺陷时，仅会导致位于缺陷上方纳米晶体硅颗粒中的电子流失，而大部分电子仍存储于其他纳米晶体硅颗粒中。

然而，通过扫描电镜对现有工艺形成的纳米晶体硅颗粒进行检测时发现，现有纳米晶体硅颗粒的分布不均匀，单位面积上纳米晶体硅颗粒的数量有限，从而导致闪存单元能够存储电子的数量有限。

发明内容

本发明解决的问题是提供一种闪存单元的形成方法，提高隧穿氧化层上纳米晶体硅颗粒分布的均匀度和纳米晶体硅颗粒的密度，提高所形成闪存单元能够存储电子的数量。

为解决上述问题，本发明提供一种闪存单元的形成方法，包括：

提供半导体衬底；

在所述半导体衬底上形成隧穿氧化层；

在所述隧穿氧化层上形成纳米晶体硅颗粒；

在所述隧穿氧化层和所述纳米晶体硅颗粒上形成隔离绝缘层；

在所述隔离绝缘层上形成控制栅极；

其中，在所述隧穿氧化层上形成纳米晶体硅颗粒包括：在所述隧穿氧化层上形成无定形硅层；在所述无定形硅层上进行多次籽晶颗粒形成工艺，并在相邻两次籽晶颗粒形成工艺之间进行表面退火处理，以及在进行最后一次籽晶颗粒形成工艺之后进行退火工艺。

可选的，所述表面退火处理的温度范围为400℃～800℃，进行所述表面退火处理的气体为氮气和氢气中的一种或两种组合，进行所述表面退火处理的时间范围为1min～5min。

可选的，所述退火工艺的温度范围为400℃～800℃，进行退火工艺的气体为氮气和氢气中的一种或两种组合，进行退火工艺的时间范围为5min～50min。

可选的，所述籽晶颗粒的材料为晶体硅。

可选的，形成所述籽晶颗粒的方法为化学气相沉积。

可选的，进行所述化学气相沉积的温度范围为400℃～800℃。

可选的，进行所述化学气相沉积的压强范围为0Torr～2Torr，反应气体为硅烷，反应气体的流量范围为0sccm～100sccm。

可选的，进行所述籽晶颗粒形成工艺的次数为两次至五次。

可选的，所述纳米晶体硅颗粒的直径范围为5nm～30nm。

与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下优点：