[发明专利]非易失半导体存储器装置及其制造方法

权利要求书

1.一种非易失半导体存储器装置，包括：

隧穿绝缘层，形成在半导体衬底上；

电荷俘获层，形成在所述隧穿绝缘层上且由掺杂过渡金属的介电层形成；

阻挡绝缘层，形成在所述电荷俘获层上；和

栅电极，形成在所述阻挡绝缘层上。

2.根据权利要求1所述的非易失半导体存储器装置，其中所述介电层由选自包括Si_xO_y、Hf_xO_y、Zr_xO_y、Si_xN_y、Al_xO_y、Hf_xSi_yO_zN_k、Hf_xO_yN_z和Hf_xAl_yO_z的组中的一种形成。

3.根据权利要求1所述的非易失半导体存储器装置，其中所述过渡金属是在d轨道具有价电子的金属。

4.根据权利要求2所述的非易失半导体存储器装置，其中所述介电层由Hf_xO_y形成，且所述掺杂在所述介电层中的过渡金属是选自包括Ta、V、Ru和Nb的组中的至少一种过渡金属。

5.根据权利要求2所述的非易失半导体存储器装置，其中所述介电层由Al_xO_y形成，且所述掺杂在所述介电层中的过渡金属是选自包括W、Ru、Mo、Ni、Nb、V、Ti和Zn组中的至少一种过渡金属。

6.根据权利要求1所述的非易失半导体存储器装置，其中所述过渡金属被掺杂到0.01到15原子％。

7.根据权利要求1所述的非易失半导体存储器装置，其中所述介电层被掺杂至少两种过渡金属以同时形成电子陷阱和空穴陷阱。

8.一种制造非易失半导体存储器装置的方法，该方法包括：

在半导体衬底上形成第一绝缘层作为隧穿绝缘层；

在所述第一绝缘层上形成掺杂过渡金属的介电层作为电荷俘获层；

在所述掺杂过渡金属的介电层上形成第二绝缘层作为阻挡绝缘层；

在所述第二绝缘层上形成用于栅电极的导电层；和

通过依次构图所述导电层、所述第二绝缘层、所述掺杂过渡金属的介电层和所述第一绝缘层而形成栅极堆叠。

9.根据权利要求8所述的方法，其中所述介电层由选自包括Si_xO_y、Hf_xO_y、Zr_xO_y、Si_xN_y、Al_xO_y、Hf_xSi_yO_zN_k、Hf_xO_yN_z和Hf_xAl_yO_z的组中的一种形成。

10.根据权利要求8所述的方法，其中使用溅射方法形成所述掺杂过渡金属的介电层。

11.根据权利要求8所述的方法，其中使用原子层沉积方法形成所述掺杂过渡金属的介电层。

12.根据权利要求8所述的方法，其中使用化学气相沉积方法形成所述掺杂过渡金属的介电层。

13.根据权利要求8所述的方法，其中通过在所述第一绝缘层上形成非掺杂介电层然后向所述非掺杂介电层中离子注入过渡金属原子而形成所述掺杂过渡金属的介电层。

14.根据权利要求8所述的方法，其中所述掺杂过渡金属的介电层在800℃或更高温度形成。

15.根据权利要求8所述的方法，还包括在形成所述掺杂过渡金属的介电层之后在800℃或更高温度退火所述掺杂过渡金属的介电层。

16.根据权利要求15所述的方法，其中所述退火在氧或氮气氛中进行。

17.根据权利要求15所述的方法，其中所述退火使用快速热退火法或炉退火法进行。