Главная страница  |  Описание сайта  |  Контакты
СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ МДП-ЭЛЕМЕНТА ПАМЯТИ
СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ МДП-ЭЛЕМЕНТА ПАМЯТИ

СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ МДП-ЭЛЕМЕНТА ПАМЯТИ

Патент Российской Федерации
Суть изобретения: Изобретение относится к способам изготовления полупроводниковых приборов и может быть использовано для изготовления электрически непрограммируемых МДП-элементов памяти с большим числом циклов переключения. Целью изобретения является увеличение числа циклов переключения МДП-элемента памяти. Для достижения цели по способу изготовления МДП-элемента памяти, включающему выращивание на кремниевой подложке туннельно тонкого слоя термического окисла, последующее осаждение на него слоя нитрида кремния из газовой фазы в результате реакции силана и аммиака в реакторе пониженного давления и последующее нанесение проводящего электрода, осаждение слоя нитрида кремния проводят при соотношении объемных расходов силана и аммиака в диапазоне 0,2 - 0,4 и парциальном давлении паров воды в диапазоне 50 - 200 млн-1. 5 ил.
Поиск по сайту

1. С помощью поисковых систем

   С помощью Google:    

2. Экспресс-поиск по номеру патента


введите номер патента (7 цифр)

3. По номеру патента и году публикации

2000000 ... 2099999   (1994-1997 гг.)

2100000 ... 2199999   (1997-2003 гг.)
Номер патента: 2006966
Класс(ы) патента: G11C11/40
Номер заявки: 4906296/24
Дата подачи заявки: 12.11.1990
Дата публикации: 30.01.1994
Заявитель(и): Государственный научно-исследовательский институт физических проблем им.Ф.В.Лукина
Автор(ы): Лабудин Г.И.; Масловский В.М.; Васильев Б.И.; Гриценко В.А.; Ковтуненко С.А.
Патентообладатель(и): Государственный научно-исследовательский институт физических проблем им.Ф.В.Лукина
Описание изобретения: Изобретение относится к способам изготовления полупроводниковых приборов и может быть использовано для изготовления электрически репрограммируемых элементов памяти с большим числом циклов переключения.
Целью изобретения является увеличение числа циклов переключения МДП-элемента памяти.
На фиг. 1 представлена структурная МДП-элемента памяти, содержащего полупроводниковую подложку 1, туннельно тонкий слой 2 термического окисла (изолирующий слой), слой 3 оксинитрида кремния, проводящий электрод 4; на фиг. 2 изображена зависимость показателя преломления ( λ= 6328 ) от соотношения γ= siH4/NH3, Тс = 950оС; на фиг. 3 - зависимость потенциала плоских зон от давления паров Н2О при разных температурах синтеза (вверху - поляризация положительным импульсом, внизу - отрицательным импульсом, внизу - отрицательным, температура синтеза Тс равна 800 (□), 900 (o), 950оС (); на фиг. 4 показано стекание заряда при комнатной температуре в закороченном состоянии; вверху - электроны, внизу - дырки, o Δ- образец, близкий по составу к стехиометрическому Si3N4 при γ= SiH4/NH3 = 1: 20, толщина Si3 N4 - dN = 55 нм, o Δ- SiNxOy, SiH4/NH3 = 1: 3, СН2О = 100 ррм, толщина оксинитрида dON= 55 нм, 5,5' - исходные образцы, 6,6' - после переполяризации 106 циклов, положительные значения VFBсоответствуют захваченным в диэлектрике электронам, отрицательные - дыркам; на фиг. 5 показана зависимость скорости изменения напряжения плоских зон VFB от величины γ, кривая 7 - C = 100 ррм, кривая 8 - C = 300 ррм.
Обогащение нитрида кремнием приводит к увеличению петли гистерезиса, однако за счет уменьшения энергии ловушек, увеличения проводимости резко растет скорость стекания заряда. Для увеличения времени хранения информации (уменьшения скорости стекания заряда) в состав нитрида вводят водород в виде Si-H и N-H-связей. Однако введение водорода приводит к уменьшению числа циклов перепрограммирования - возрастанию деградации. Введение кислорода в состав нитрида подобно водороду приводит к увеличению энергии ловушек, уменьшению проводимости оксинитрида, однако при этом падает ширина петли гистеризиса. В настоящее время изучено строение свойства оксинитрида, содержащего Si-H и Si-O-связи, структурная единица такого оксинитрида имеет вид S˙NγO4-ν, ν= 0, 1, 2, 3, 4. В таком оксинитриде кроме Si-N и Si-O-связей имеются Si-Si= и Si-H. . . Si-O-связи.
Информацию о составе нитридных слоев несет показатель премломления n. Для стехиометрического Si3N4 n близко к двум (при λ= 6328 ). Обогащение нитрида избыточным кремнием приводит к возрастанию n. Рост концентрации Si-О-связей в Si NxOy сопровождается уменьшением n.
П р и м е р. Сначала (фиг. 1) на кремниевой подложке 1 выращивают туннельно тонкий слой 2 диоксида кремния SiO2 толщиной 2 нм термическим окислением в смеси сухого кислорода и азота в течение 10 мин при 850оС, затем осаждают слой 3 SiNxOy толщиной порядка 50 нм. После этого наносят Al-электрод 4 толщиной 0,5-1 мкм магнетронным распылением с последующей термообработкой при температуре 470оС в азоте в течение 30 мин. Слои SiNxOy синтезируют из смеси SiH4 + NH3 + H2O, при этом используют смесь силана с водородом, объемная концентрация SiH4составляет 0,2% . Объемная концентрация аммиака в водороде составляет 60% . Соотношение SiH4/NH3 изменяют с помощью варьирования скорости потоков. В качестве газа используют водород.
Увеличение парциального давления паров Н2О при фиксированном отношении SiH4/NH3 сопровождается уменьшением показателя преломления (фиг. 2), что свидетельствует об обогащении SiNxOy кислородом, т. е. об увеличении числа Si-O-связей. С увеличением соотношения SiH4/NH3, когда смесь объединяется аммиаком, вероятность образования Si-N-связей падает, при этом возрастает вероятность образования Si-N- или Si-O-связей.
При относительно малых давлениях Н2О (< 50 ррм) показатель преломления растет с увеличением соотношения SiH4/NH3, что свидетельствует об обогащении SiNxOy кремнием, т. е. Si-Si-связями.
При больших соотношениях γ= SiH4/NH3 ( ≥0,5) показатель преломления падает при обеднении смеси аммиаком, что указывает на существенное возрастание вероятности образования Si-O-связей по сравнению с Si-Si-связями. При давлениях Н2О 500 ррм зависимость показателя преломления от соотношения SiH4/NH3 является немонотонной. Полученные данные свидетельствуют о том, что относительная доля Si-N-, Si-O- и Si-Si-связей зависит от парциальных давлений кремний-, азот- и кислородсодержащих газов.
Запоминающие свойства оксинитрида зависят не только от соотношений газовых потоков, но и от температуры синтеза.
На фиг. 3 приведена зависимость потенциала плоских зон при поляризации положительными (верхнее семейство) и отрицательными (нижнее семейство) импульсами в зависимости от парциального давления паров Н2О. Амплитуда поляризующего импульса соответствует полю в оксинитриде 5 ˙106В/см, длительность импульса 10 мс.
Величина потенциала плоских зон в первом приближении пропорциональна концентрации заполненных ловушек. При давлениях Н2О больших 200 ррм, величина накопленного заряда возрастает с уменьшением температуры синтеза. При малых давлениях, меньших 50 ррм, зависимость накопленного заряда от температуры синтеза более сложная, что приводит к неоднородности параметров по пластине. Поэтому вне диапазона 50-200 ррм наблюдается большой разброс параметров по пластине, в том числе и циклов переключения.
На фиг. 4 приведена зависимость потенциала плоских зон МНОП-структур с нитридом, выращенным без добавки Н2О при SiH4/NH3 = 1: 20, и структуры с оксинитридом, выращенным при соотношении SiH4/NH3 = 1: 3 при давлении Н2О 100 ррм. Введение избыточного кремния и кислорода приводит, во-первых, к уменьшению скорости стекания заряда, особенно заметному для дырок, и, во-вторых, к существенному ослаблению влияния переполяризации на скорость стекания заряда. Кривые (5 и 5') соответствуют стеканию отрицательного и положительного зарядов в исходных образцах. Кривые 6 и 6' измерены после переполяризации образцов знакопеременными импульсами длительностью 10 с амплитудой, соответствующей среднему полю 5,1˙ 106 В/см.
Увеличение скорости стекания заряда после многократных циклов переполяризации нитрида связано с разрывом Si-H. . . Si- или N-H-связей при локализации носителей на ловушке. Содержание водорода в нитриде уменьшается при увеличении температуры синтеза, поэтому экспериментальные данные (фиг. 4), получены на структурах, синтезированных при повышенной температуре 950оС. Разрыв Si-H- и N-H-связей возможен, поскольку атом водорода координирован одним атомом. В SiNxOy вместо водорода вводится кислород. Атом кислорода в SiNxOy так же, как в SiO2, координирован двумя атомами Si. Энергия разрыва Si-O-связи больше энергии разрыва Si-H- и Si-O-связей.
Результаты на фиг. 5 показывают, что скорость стекания заряда, определяемая по скорости уменьшения со временем t напряжения плоских зон VFB, немонотонно зависит от величины γ. Измерения проводились после 106 циклов переключений. Кривая 7 соответствует концентрации С= 100 ррм, а кривая 8 - концентрации С = 300 ррм. Из этих результатов следует, что диапазон γ, в котором величины oVFB/olgt минимальны, соответствует 0,2 ≅γ≅0,4. (56) Авторское свидетельство СССР N 1397970, кл. G 11 C 11/40, 1986.
Нитрид кремния в электронике. Новосибирск: Наука, 1982, с. 33. 170-177.
Формула изобретения: СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ МДП-ЭЛЕМЕНТА ПАМЯТИ, включающий выращивание на кремниевой подложке туннельного тонкого слоя термического окисла, образующего изолирующий слой с последующим осаждением на него слоя нитрида кремния из газовой фазы в результате реакции силана и аммиака в реакторе пониженного давления, образующего запоминающий слой, и последующее нанесение проводящего электрода, отличающийся тем, что, с целью увеличения числа циклов переключения МДП-элемента памяти, осаждение слоя нитрида кремния проводят при отношении объемных расходов силана и аммиака в диапазоне 0,2 - 0,4 и парциальном давлении паров воды в диапазоне 50 - 200 млн-1.