[发明专利]具有分离氮化物存储层的SONOS堆栈

说明书

描述了包括分离电荷俘获区的非平面存储设备和形成所述非平面存储设备的方法的实施例。通常所述设备包括：由覆盖在衬底的表面的半导体材料的薄膜形成的沟道，所述沟道连接存储设备的源极和漏极；覆盖沟道的隧道氧化物；覆盖隧道氧化物的分离电荷俘获区，分离电荷俘获区包括底部电荷俘获层和顶部电荷俘获层，底部电荷俘获层包括更靠近隧道氧化物的氮化物，其中，底部电荷俘获层被包含氧化物的薄的反隧穿层从顶部电荷俘获层分开。本申请还公开了其它的实施例。

相关申请的交叉引用

本申请是2010年4月26日递交的序列号为12/767,105的共同未决的美国申请的延续部分，其根据美国法典第35条119(e)款要求2009年4月24日递交的序列号为61/172,320的美国临时专利申请的优先权益，这两个申请通过引用并入本文。

技术领域

本发明的实施例涉及半导体设备领域。

背景

非易失性半导体存储器，例如分离栅极闪存，有时使用堆栈的浮栅结构，其中电子被引入到存储器单元的浮栅中以通过偏置控制栅极和将其上形成存储器单元的衬底的主体区域接地以进行编程。

氧化物氮化物氧化物(ONO)堆栈可以用作如在硅氧化物氮化物氧化物硅(SONOS)晶体管中的电荷储存层，或如在分离栅极闪存中的浮栅和控制栅极之间的隔离层。

图1是具有SONOS栅极堆栈或结构102的半导体设备100的结构的部分横截面图。结构100包括在硅衬底108的表面106上方形成的常规ONO堆栈104。设备100通常还包括对准栅极堆栈并且被沟道区112分开的一个或多个扩散区110，例如源极区和漏极区。SONOS结构102包括形成在ONO堆栈104上的并且与ONO堆栈104接触的多晶硅栅极层114。ONO堆栈104将多晶硅栅极114与衬底108分开、或将多晶硅栅极114与衬底108电隔离。ONO堆栈104通常包括下部(隧道)氧化物层116、用作设备100的电荷储存层或存储层的氮化物层或氮氧化物层118、以及覆盖氮化物层或氮氧化物层118的顶部氧化物层120。

这种常规SONOS结构102存在的一个问题是氮化物层或氮氧化物层118的差的数据保留，其由于通过层的漏电流，限制了设备100的寿命和/或限制其在一些应用中的使用。常规SONOS结构102的另一个问题是层118的化学计量在整个层的厚度上是不均匀的。特别地，层118常规以使用单个工艺气体混合物的单个步骤形成或沉积，和固定或恒定加工条件以试图提供穿过相对厚的层的厚度、具有高氮浓度和高氧浓度的均匀层。然而，这可能导致氮、氧和硅浓度在整个常规层118变化。因此，电荷储存特性，并且特别是使用ONO堆栈104制成的存储设备100的编程和擦除速度和数据保持，被不利地影响。

图2-5示出了在例如图1中示出的一个常规SONOS结构中的电荷保持和迁移。电荷陷阱被分布遍及氮化物层118。陷阱的分布在理想化学计量条件(图2)下是均匀的，但是通常分布将不是如此的理想均匀的。当ERASE(图3)被执行时，空穴朝向阻挡氧化物120迁移。在编程之后电子电荷在层边界累积(图4)。由于在氮化物边界的隧穿，该储存的电荷分布可以导致显著的泄漏，例如通过在能量图5中示出的过程，其中处于俘获状态(例如E_TA、E_TD)中的储存的电荷跃迁引起泄漏。

因此，存在对表现出改进的数据保持和改进的化学计量的存储设备的持续需求。

附图简述

在结合附图阅读下文详细描述和后面所附权利要求之后，本结构和方法的这些和各种其它的特征和优点将是明显的，在附图中：

图1是常规SONOS结构的横截面图。

图2-4示出了在例如图1中示出的一个常规SONOS结构的中的电荷保持和迁移。