(10)申请公布号 CN 102522332 A
(43)申请公布日 2012.06.27C N 102522332 A
*CN102522332A*
(21)申请号 201110436603.2
(22)申请日 2011.12.22
H01L 21/312(2006.01)
H01L 21/28(2006.01)
H01L 29/423(2006.01)
H01L 29/51(2006.01)
(71)申请人上海宏力半导体制造有限公司
地址201203 上海市浦东新区浦东张江高科
技园区祖冲之路1399号
(72)发明人王硕 许忠义 张永福
(74)专利代理机构北京集佳知识产权代理有限
公司 11227
代理人
骆苏华
(54)发明名称
(57)摘要
本发明提供一种ONO 结构及其制作方法、存
括第一氮化硅层、第二氮化硅层，第一氮化硅层中
包含D ，第二氮化硅层中包含H ；位于氮化硅层上
的顶层氧化硅层。氮化硅层中的D 能阻止H 与底
Si-H 键，并能与底层氧化层界面处的Si 结合成
Si-D 键。Si-D 键是一种稳定的化学键，使得氮化
硅层与底层氧化硅层界面处不会产生界面陷阱或
界面陷阱的密度较小，从而提高了ONO 结构的电
学性能。
(51)Int.Cl.
权利要求书1页 说明书7页 附图3页
(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请
权利要求书 1 页 说明书 7 页 附图 3 页
1/1页
1.一种ONO 结构的制作方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
在所述底层氧化层上形成氮化硅层，所述氮化硅层包括由ND 3作为反应物形成的第一氮化硅层、由NH 3作为反应物形成的第二氮化硅层，所述第一氮化硅层中包含D ，所述第二氮化硅层中包含H ；
在所述氮化硅层上形成顶层氧化硅层。
2.根据权利要求1所述的制作方法，其特征在于，所述氮化硅层的制作过程包括：向温度为650℃～760℃的反应腔室中通入反应气体，所述反应气体包括SiH 2Cl 2、ND 3，在所述底层氧化层上形成所述第一氮化硅层，形成的所述第一氮化硅层中包含D ；
向温度为650℃～760℃的反应腔室中通入反应气体，所述反应气体包括SiH 2Cl 2、NH 3，在所述第一氮化硅层上形成所述第二氮化硅层，形成的所述第二氮化硅层中包含H 。
3.根据权利要求1所述的制作方法，其特征在于，所述氮化硅层的制作过程包括：向温度为650℃～760℃的反应腔室中通入反应气体，所述反应气体包括SiH 2Cl 2、NH 3，在所述底层氧化层上形成所述第二氮化硅层，形成的所述第二氮化硅层中包含H ；
向温度为650℃～760℃的反应腔室中通入反应气体，所述反应气体包括SiH 2Cl 2、ND 3，在所述第二氮化硅层上形成所述第一氮化硅层，形成的所述第一氮化硅层中包含D 。
4.根据权利要求1所述的制作方法，其特征在于，所述氮化硅层的制作过程包括：向温度为650℃～760℃的反应腔室中通入反应气体，所述反应气体包括SiH 2Cl 2、ND 3、NH 3，在所述底层氧化层上形成所述氮化硅层，所述氮化硅层包括混合掺杂在一起的所述第一氮化硅层、第二氮化硅层，所述氮化硅层中还包含D 、H 。
5.一种ONO 结构，其特征在于，其包括：
底层氧化层；
位于所述底层氧化层上的氮化硅层，所述氮化硅层包括第一氮化硅层、第二氮化硅层，所述第一氮化硅层中包含D ，所述第二氮化硅层中包含H ；
位于所述氮化硅层上的顶层氧化硅层。
6.根据权利要求5所述的ONO 结构，其特征在于，所述第一氮化硅层位于所述底层氧化层上方，所述第二氮化硅层位于所述第一氮化硅层上方。
7.根据权利要求5所述的ONO 结构，其特征在于，所述第二氮化硅层位于所述底层氧化层上方，所述第一氮化硅层位于所述第二氮化硅层上方。
8.根据权利要求5所述的ONO 结构，其特征在于，所述第一氮化硅层与所述第二氮化硅层混合掺杂在一起，所述氮化硅层包含D 、H 。
9.一种存储器的制作方法，其特征在于，其包括权利要求1至4任一项所述的ONO 结构的制作方法。
10.一种存储器，其特征在于，其包括权利要求5至8任一项所述的ONO 结构。权 利 要 求 书CN 102522332 A
ONO结构及其制作方法、存储器及其制作方法
技术领域
[0001] 本发明涉及一种半导体结构及其制作方法，特别是涉及一种ONO(Oxide-Nitride-Oxide，氧化物-氮化物-氧化物)结构及其制作方法；本发明还涉及一种包括ONO结构的存储器及其制作方法。
背景技术
[0002] ONO结构由依次堆叠的底层氧化层、氮化硅层、顶层氧化硅层构成，作为一种新型介电层它日益受到多种半导体器件的青睐，如SONOS(Silicon Oxide Nitride Oxide Silicon)存储器。SONOS存储器中ONO结构作用如下：利用量子隧穿效应或者热载流子注入效应将电荷(电子或空穴)通过底层氧化层注入到氮化硅层，进入氮化硅层中的电荷被顶层氧化硅层阻挡，并被氮化硅层中的电荷陷阱俘获，从而在存储器中存储数据信息；经底层氧化层将电荷从氮化硅层中移动至半导体衬底中，从而将存储器中的数据信息擦除。[0003] 一种传统的ONO结构如图1所示，其制作流程如下：
[0004] a.提供半导体衬底1，利用热氧化生长工艺在半导体衬底1上形成底层氧化层2；[0005] b.利用包括SiH2Cl2(dichlorosilane，DCS，二氯二氢硅)、NH3(氨气)的混合气体
直接在底层氧化层2上形成氮化硅层3，将利用NH
3形成的氮化硅层3称作为NH
3
Nitride
层；
[0006] c.利用湿氧氧化工艺在氮化硅层3上形成顶层氧化硅层4，至此，ONO结构制作完毕。
[0007] 由上述制作工艺形成的ONO结构中，氮化硅层3与底层氧化层2界面5处会产生许多界面陷阱(interface traps)，即，界面陷阱的密度较大。界面陷阱是一种在半导体集成电路中不希望出现的缺陷，尤其是当界面陷阱的密度较大时，它会严重影响ONO结构的电学性能。例如当ONO结构应用在SONOS存储器中时，氮化硅层3与底层氧化层2界面5处的界面陷阱会影响存储器的擦除/读写次数、数据存储时间等等。
[0008] 鉴于此，确有必要提出一种新的ONO结构及其制作方法。
发明内容
[0009] 本发明要解决的问题是：现有制作工艺形成的ONO结构中氮化硅层与底层氧化硅界面处会产生密度较大的界面陷阱，影响ONO结构的电学性能。
[0010] 为解决上述问题，本发明提供一种ONO结构的制作方法，所述方法包括以下步骤：[0011] 在基体上形成底层氧化层；
[0012] 在所述底层氧化层上形成氮化硅层，所述氮化硅层包括由ND3作为反应物形成的第一氮化硅层、由NH
3
作为反应物形成的第二氮化硅层，所述第一氮化硅层中包含D，所述第二氮化硅层中包含H；
[0013] 在所述氮化硅层上形成顶层氧化硅层。
[0014] 可选的，所述氮化硅层的制作过程包括：
[0015] 向温度为650℃～760℃的反应腔室中通入反应气体，所述反应气体包括SiH2Cl2、
ND
3
，在所述底层氧化层上形成所述第一氮化硅层，形成的所述第一氮化硅层中包含D；[0016] 向温度为650℃～760℃的反应腔室中通入反应气体，所述反应气体包括SiH2Cl2、
NH
3
，
在所述第一氮化硅层上形成所述第二氮化硅层，形成的所述第二氮化硅层中包含H。[0017] 可选的，所述氮化硅层的制作过程包括：
[0018] 向温度为650℃～760℃的反应腔室中通入反应气体，所述反应气体包括SiH2Cl2、
NH
3
，在所述底层氧化层上形成所述第二氮化硅层，形成的所述第二氮化硅层中包含H；[0019] 向温度为650℃～760℃的反应腔室中通入反应气体，所述反应气体包括SiH2Cl2、
ND
3
，在所述第二氮化硅层上形成所述第一氮化硅层，形成的所述第一氮化硅层中包含D。[0020] 可选的，所述氮化硅层的制作过程包括：
[0021] 向温度为650℃～760℃的反应腔室中通入反应气体，所述反应气体包括SiH2Cl2、
ND
3、NH
3
，在所述底层氧化层上形成所述氮化硅层，所述氮化硅层包括混合掺杂在一起的所
述第一氮化硅层、第二氮化硅层，所述氮化硅层中还包含D、H。
[0022] 本发明还提供了一种存储器的制作方法，其包括如上所述的ONO结构的制作方法。
[0023] 本发明还提供了一种ONO结构，其包括：
[0024] 底层氧化层；
[0025] 位于所述底层氧化层上的氮化硅层，所述氮化硅层包括第一氮化硅层、第二氮化硅层，所述第一氮化硅层中包含D，所述第二氮化硅层中包含H；
[0026] 位于所述氮化硅层上的顶层氧化硅层。
[0027] 可选的，所述第一氮化硅层位于所述底层氧化层上方，所述第二氮化硅层位于所述第一氮化硅层上方。
[0028] 可选的，所述第二氮化硅层位于所述底层氧化层上方，所述第一氮化硅层位于所述第二氮化硅层上方。
[0029] 可选的，所述第一氮化硅层与所述第二氮化硅层混合掺杂在一起，所述氮化硅层包含D、H。
[0030] 本发明还提供了一种存储器，其包括如上所述的ONO结构。
[0031] 与现有技术相比，本发明的优点在于：
[0032] ONO结构中的氮化硅层既包括由ND3作为反应物形成的第一氮化硅层、由NH3作为反应物形成的第二氮化硅层，第一氮化硅层中包含D，第二氮化硅层中包含H，使得氮化硅层中的D能阻止H与底层氧化层界面处的Si结合成不稳定、极易断裂的Si-H键，并能与底层氧化层界面处的Si结合成Si-D键。Si-D键是一种稳定的化学键，使得氮化硅层与底层氧化硅层界面处不会产生界面陷阱或界面陷阱的密度较小，从而提高了ONO结构的电学性能。
[0033] 氮化硅层中的第一氮化硅层、第二氮化硅层是在同一个反应腔室中形成，减少了制作氮化硅层的热预算。
附图说明
[0034] 图1是一种传统ONO结构制作工艺中ONO结构的示意图。
[0035] 图2是本发明的ONO 结构制作方法的实施例一、二、三中ONO 结构的制作流程图。
[0036] 图3是本发明的ONO 结构的实施例一中一种ONO 结构的示意图。
[0037] 图4是本发明的ONO 结构的实施例二中一种ONO 结构的示意图。
[0038] 图5是本发明的ONO 结构的实施例三中一种ONO 结构的示意图。
具体实施方式
[0039] 本发明要解决的问题是：现有制作工艺形成的ONO 结构中氮化硅层与底层氧化硅界面处会产生界面陷阱，影响ONO 结构的电学性能。
[0040] 本发明的发明人经过深入分析得知，产生上述问题的原因是：利用上述ONO 结构制作工艺形成的氮化硅层(即NH 3 Nitride 层)实际上是一种无定型的膜，NH 3 Nitride 层中常常会含有大量的氢(H)，H 会与氮化硅层中的Si 结合，并以Si-H 键的形式存在。Si-H 键是一种不稳定、极易断裂的悬挂键(danglin
g bond)，导致NH 3 Nitride 层与底层氧化层界面处产生密度较大的界面陷阱，从而影响ONO 结构的电学性能。
[0041] 为解决上述问题，本发明在ONO 结构的氮化硅层中增设一由ND 3作为反应物形成的第一氮化硅层，即ND 3 Nitride 层，即氮化硅层中同时包括ND 3Nitride 层(利用ND 3形成的氮化硅层)、NH 3 Nitride 层(利用NH 3形成的氮化硅层)，氮化硅层中的D(deuterium ，即氘，氢的一种同位素)能阻止H 与底层氧化层界面处的Si 结合成不稳定、极易断裂的Si-H 键，并能与底层氧化层界面处的Si 结合成稳定的Si-D 键，从而防止NH 3 Nitride 层与底层氧化层界面处产生界面陷阱，提高了ONO 结构的电学性能。
[0042] 图2是本发明的ONO 结构的制作方法实施例一、二、三中ONO 结构的制作流程图，如图2所示，ONO 结构的制作方法包括以下步骤：
[0043] S1.在基体上形成底层氧化层。
[0044] S2.在底层氧化层上形成氮化硅层，氮化硅层包括由ND 3作为反应物形成的第一氮化硅层、由NH 3作为反应物形成的第二氮化硅层，第一氮化硅层中包含D ，第二氮化硅层中包含H 。
[0045] S3.在氮化硅层上形成顶层氧化硅层。
[0046] 图3、图4、图5分别是本发明的ONO 结构的实施例一、二、三中ONO 结构的示意图，ONO 结构包括依次堆叠的底层氧化层、氮化硅层、顶层氧化硅层，其中，氮化硅层包括第一氮化硅层、第二氮化硅层，第一氮化硅层中包含D ，第二氮化硅层中包含H 。
[0047] 下面结合附图，通过具体实施例一、二、三，对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的可实施方式的一部分，而不是其全部。根据这些实施例，本领域的普通技术人员在无需创造性劳动的前提下可获得的所有其它实施方式，都属于本发明的保护范围。
[0048] 实施例一
[0049] 首先执行步骤S1：在基体上形成底层氧化层。
[0050] 结合图2、图3所示，基体10可以是没有经过半导体加工的半导体衬底，如硅片；也可以是已形成有半导体结构的半导体衬底，这时ONO 结构可形成在半导体衬底的指定区域以形成所需半导体器件。在基体10上形成底层氧化层11之前，可对基体10进行清洗，以提高ONO 结构的形成质量。
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