本發(fā)明涉及半導(dǎo)體器件相關(guān)，具體地說，涉及一種電荷俘獲層的制備方法及非易失性存儲(chǔ)器件。

背景技術(shù)：

1、快閃存儲(chǔ)器(flash?memory，閃存)是一種電子非易失性信息存儲(chǔ)器(non-volatile?memory，nvm)，能夠在斷電后保留數(shù)據(jù)，閃存是實(shí)現(xiàn)所有主要終端用戶設(shè)備(智能手機(jī)、個(gè)人電腦、usb、醫(yī)療設(shè)備、電子游戲等)所需的低成本高密度數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的主要手段，廣泛應(yīng)用于各種電子設(shè)備中。閃存的工作原理基于浮點(diǎn)門和控制門的組合，通過fowler-nordheim(f-n)隧道效應(yīng)來改變浮點(diǎn)門中的電子位置，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和擦除。

2、理想情況下，存儲(chǔ)在閃存設(shè)備中的信息在電源關(guān)閉后應(yīng)能長(zhǎng)期保存。閃存的主導(dǎo)技術(shù)是浮柵(floating?gate，fg)存儲(chǔ)單元。隨著對(duì)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)量不斷增長(zhǎng)的需求，浮柵單元尺寸急劇縮小，導(dǎo)致浮柵技術(shù)的一些固有限制已經(jīng)達(dá)到，例如：(1)隧道氧化物和多晶硅介電層的厚度縮放損害了可靠性；(2)隨著浮柵尺寸的減小，浮柵中積累的電子數(shù)量顯著減少；(3)難以保持控制柵與浮柵之間的高電容耦合系數(shù)；(4)相鄰單元之間的寄生電容導(dǎo)致數(shù)據(jù)干擾變得重要等等。

3、電荷捕獲非易失性閃存存儲(chǔ)器(charge?trap?flash?ctf-nvm)因其優(yōu)越的操作特性，如改善的保持力、耐久性、較低的功耗和較高的編程/擦除速度，以及支持垂直堆疊的能力，被認(rèn)為是一種有前景的替代傳統(tǒng)浮柵存儲(chǔ)器的技術(shù)。電荷捕獲存儲(chǔ)器最重要的部分是電荷捕獲堆疊結(jié)構(gòu)。電荷捕獲層由三層組成，電荷存儲(chǔ)在其陷阱中，電荷捕獲層堆疊在隧道氧化物和阻擋氧化物之間。隧穿氧化物(to)用于更有效地將電荷從襯底溝道注入電荷捕獲層，以防止捕獲的電荷反向隧穿到襯底并改善保持特性。另一方面，為了形成勢(shì)壘以防止電荷(空穴/電子)進(jìn)出柵極的不良移動(dòng)，應(yīng)引入足夠厚的阻擋氧化物(bo)，并且其與電荷捕獲層的能帶偏移應(yīng)具有足夠的高度。為了提高非易失性存儲(chǔ)器件的可靠性，因此，有必要生成穩(wěn)定地陷阱位點(diǎn)，以有效地增強(qiáng)源自fowler-nordheim隧穿通過位于帶隙中的缺陷位點(diǎn)的電荷陷阱/去陷阱事件。

4、需要說明的是，在上述背景技術(shù)部分公開的信息僅用于加強(qiáng)對(duì)本發(fā)明的背景的理解，因此可以包括不構(gòu)成對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的現(xiàn)有技術(shù)的信息。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的問題，本發(fā)明的目的在于提供一種電荷俘獲層的制備方法及非易失性存儲(chǔ)器件，電荷俘獲層的制備方法增加氟基等離子體處理以及后續(xù)的高溫退火處理，可以增加電荷俘獲層的電荷俘獲位點(diǎn)，從而提高電荷俘獲層的電荷保持能力和改善存儲(chǔ)器件的性能。

2、具體的，本發(fā)明的第一方面提供了一種電荷俘獲層的制備方法，其特征在于，所述制備方法包括如下步驟：

3、沉積電荷俘獲層；

4、使用氟基氣體對(duì)所述電荷俘獲層進(jìn)行氟基等離子體處理；

5、熱處理所述電荷俘獲層。

6、根據(jù)本發(fā)明的第一方面，所述氟基氣體為cf4、sf6、chf3、ch2f2、ch3f、c2f6、c3f8和nf3中的一種或多種的組合。

7、根據(jù)本發(fā)明的第一方面，所述等離子體處理的工藝參數(shù)為：

8、電極功率為150～200w；

9、氟基氣體流量為40～60sccm；

10、腔室壓力為10～50mtorr；

11、溫度為10～40℃；以及

12、處理時(shí)間為1～10min。

13、根據(jù)本發(fā)明的第一方面，熱處理所述電荷俘獲層的溫度為500～800℃，時(shí)間為0.5～3h。

14、根據(jù)本發(fā)明的第一方面，所述電荷俘獲層為鋁摻雜氧化鉿層。

15、根據(jù)本發(fā)明的第一方面，所述鋁摻雜氧化鉿層的鋁的摻雜量為4～6摩爾％。

16、本發(fā)明的第二方面提供了一種非易失性存儲(chǔ)器件，包括襯底、在所述襯底的分離區(qū)域上的源極區(qū)和漏極區(qū)、在所述襯底上與源極區(qū)和漏極區(qū)接觸的隧穿氧化物層以及在所述隧穿氧化物層依次層疊的電荷俘獲層、隔離層和控制柵極；

17、所述電荷俘獲層采用所述的電荷俘獲層的制備方法獲得。

18、根據(jù)本發(fā)明的第二方面，所述隔離層包括依次層疊的隧道層、有源通道層和保護(hù)層。

19、根據(jù)本發(fā)明的第二方面，所述保護(hù)層為氧化鋁層，厚度為3nm～5nm；

20、所述有源通道層為銦鎵鋅氧化物層，厚度為15nm～25nm；和/或

21、所述隧道層為氧化鋁層，厚度為8nm～10nm。

22、根據(jù)本發(fā)明的第二方面，所述隧穿氧化物層為二氧化硅層，所述非易失性存儲(chǔ)器件還包括隔離層；

23、所述隔離層設(shè)置于所述隧穿氧化物層與所述電荷俘獲層之間。

24、本發(fā)明的電制備方法中采用氟基氣體對(duì)電荷俘獲層進(jìn)行氟基等離子體處理以減少界面態(tài)并增加電荷俘獲位點(diǎn)，后再做熱處理以促進(jìn)電荷俘獲層的結(jié)晶以增加淺層和深層電荷俘獲位點(diǎn)；當(dāng)本發(fā)明的制備方法應(yīng)用于非易失性存儲(chǔ)器件的制備時(shí)，可以提高非易失性存儲(chǔ)器件的存儲(chǔ)窗口和編程、擦除效率；同時(shí)，當(dāng)電荷俘獲層采用鋁摻雜氧化鉿層時(shí)，隔離層可以選用隧道層(al2o3)-有源通道層(igzo)-保護(hù)層(al2o3)結(jié)構(gòu)，從而進(jìn)一步優(yōu)化非易失性存儲(chǔ)器件的性能。

技術(shù)特征：

1.一種電荷俘獲層的制備方法，其特征在于，所述制備方法包括如下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電荷俘獲層的制備方法，其特征在于，所述氟基氣體為cf4、sf6、chf3、ch2f2、ch3f、c2f6、c3f8和nf3中的一種或多種的組合。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電荷俘獲層的制備方法，其特征在于，所述等離子體處理的工藝參數(shù)為：

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電荷俘獲層的制備方法，其特征在于，熱處理所述電荷俘獲層的溫度為500～800℃，時(shí)間為0.5～3h。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電荷俘獲層的制備方法，其特征在于，所述電荷俘獲層為鋁摻雜氧化鉿層。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的電荷俘獲層的制備方法，其特征在于，所述鋁摻雜氧化鉿層的鋁的摻雜量為4～6摩爾％。

7.一種非易失性存儲(chǔ)器件，其特征在于，包括襯底、在所述襯底的分離區(qū)域上的源極區(qū)和漏極區(qū)、在所述襯底上與源極區(qū)和漏極區(qū)接觸的隧穿氧化物層以及在所述隧穿氧化物層依次層疊的電荷俘獲層、隔離層和控制柵極；

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的非易失性存儲(chǔ)器件，其特征在于，所述隔離層包括依次層疊的隧道層、有源通道層和保護(hù)層。

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的非易失性存儲(chǔ)器件，其特征在于，所述保護(hù)層為氧化鋁層，厚度為3nm～5nm；

10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的非易失性存儲(chǔ)器件，其特征在于，所述隧穿氧化物層為二氧化硅層，所述非易失性存儲(chǔ)器件還包括隔離層；

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供了一種電荷俘獲層的制備方法及非易失性存儲(chǔ)器件，所述電荷俘獲層的制備方法包括如下步驟：沉積電荷俘獲層；使用氟基氣體對(duì)所述電荷俘獲層進(jìn)行氟基等離子體處理；熱處理所述電荷俘獲層。本發(fā)明的電制備方法中采用氟基氣體對(duì)電荷俘獲層進(jìn)行氟基等離子體處理以減少界面態(tài)并增加電荷俘獲位點(diǎn)，后再做熱處理以促進(jìn)電荷俘獲層的結(jié)晶以增加淺層和深層電荷俘獲位點(diǎn)；當(dāng)本發(fā)明的制備方法應(yīng)用于非易失性存儲(chǔ)器件的制備時(shí)，可以提高非易失性存儲(chǔ)器件的存儲(chǔ)窗口和編程、擦除效率；同時(shí)，當(dāng)電荷俘獲層采用鋁摻雜氧化鉿層時(shí)，隔離層可以選用隧道層(Al<subgt;2</subgt;O<subgt;3</subgt;)?有源通道層(IGZO)?保護(hù)層(Al<subgt;2</subgt;O<subgt;3</subgt;)結(jié)構(gòu)，從而進(jìn)一步優(yōu)化非易失性存儲(chǔ)器件的性能。

技術(shù)研發(fā)人員：杜雪,劉青松,宋時(shí)宇
受保護(hù)的技術(shù)使用者：上海積塔半導(dǎo)體有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/23