[发明专利]一种提高B4-Flash器件耐久性的方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体制造领域，尤其涉及一种提高B4-Flash器件耐久性的方法。

背景技术

针对NOR闪存记忆单元，限制其尺寸继续缩减的最主要原因是栅极长度的缩短。这主要是由于沟道热电子（CHE）注入编程方式要求漏端有一定的电压（至少6V以上），而这个电压对源漏区的穿透具有很大的影响，对于短沟道器件沟道热电子（CHE）方式并不适用。另外一个问题是相比于NAND和AND闪存器件，NOR flash的存储密度较小。

Shoji Shukuri et.al提出了一种新颖的利用衬底偏压协助的带到带的隧穿引起的热电子（B4–flash）来进行编程的P沟道记忆单元(“60nm NOR Flash Memory Cell Technology Utilizing Back Bias Assisted Band-to-Band Tunneling Induced Hot-Electron Injection(B4-Flash)”,2006Symposium on VLSI Technology Digest of Technical Papers），其中的编程是利用衬底协助的带到带的隧穿，如图1所示，首先，这种器件是由门极和漏区电压产生的电场产生带到带的隧穿电子；然后，这些电子受到衬底偏置电压产生的漏区空间电荷区电场加速到离开漏区有一定距离的区域；最后，在衬底偏置电压和门极电压的垂直电场的作用下注入到电荷存储层。

由于有衬底偏压的存在，漏区电压可以从理论上至少6V降到1.8V以下。漏区电压的下降提高了器件的击穿(Breakdown)性能,使沟道长度可以进一步缩短，器件存储密度提高。

同时，B4flash由于采用带到带隧穿(Band to Band tunneling)的编程方式,速度比传统采用热载流子注入（Hot carrier injection）的编程方式快很多。现在量产的成熟工艺的B4flash读写速度可达到100MB/S,远超同类产品。B4flash可广泛运用于通信，医疗，汽车和家电等领域,具有非常好的市场前景。

半导体器件中可靠性是很重要的参数。一般的器件（逻辑器件，高压器件等）需要达到一些器件可靠性标准，诸如：热电子HCI（Hot carrier injection）,栅氧质量GOI（Gate oxide Integrity）等；闪存作为存储器件，可靠性标准比一般的逻辑器件更严格，其中耐久性(Endurance)是非常重要的一个标准。合格的闪存器件为了确保使用寿命，至少要达到100K的读写次数。

影响耐久性的一个重要因素是隧穿氧化层(tunnel oxide)的质量，闪存器件在编程和擦除过程中通常会要求高电压，高电压使隧穿氧化层产生电荷陷阱（electron trap），电荷陷阱会在闪存读写过程中收集电子，产生漏电，同时这些电子的聚集也会产生大的反向电场，使编程和擦除过程中的阈值电压提高，阈值电压窗口（Vt window）变小，闪存器件耐久性降低。

由此，改善隧穿氧化层质量，就能减少因为电荷陷阱导致的器件失效，常用的方法是生长高质量的隧穿氧化层，如用Applied Materials提出的最新的ISSG(In-situ stream Generation)等工艺方法；即在生长隧穿氧化层后用氮气(N2)，氧化氮(NO)等气体退火。因为用含氮气体退火后会在隧穿氧化层表面形成Si-N键，Si-N键的键力比Si-H键的键力高，能减少电荷陷阱的产生，提高器件的可靠性。

另外一个提高闪存耐久性的重要方法是减少器件的漏电流，如果闪存器件的漏电流过大，会损伤隧穿氧化层，导致器件可靠性下降。