[发明专利]适用于快闪存储器的高密度钌纳米晶的溅射沉积制备方法

说明书

技术领域

本发明属半导体制备工艺技术领域，具体涉及在氧化硅和高介电常数介质薄膜表面制备高密度钌纳米晶的方法，以用于纳米晶闪存器件。

技术背景

便携式电子产品市场的日益膨胀大大刺激了人们对快闪存储器(即闪存器件)的需求。快闪存储器正向着高速、低功耗和高存储密度的方向发展，这要求快闪存储器单元的物理尺寸进一步缩小。传统的多晶硅浮栅结构存储器已无法满足未来存储器的发展需求，因为当与硅衬底相连的隧穿氧化层厚度降低至几个纳米时，被俘获的电荷很容易通过隧穿氧化层而返回到硅衬底中，从而导致电荷保存功能大大降低，而无法满足实际的应用^[1]。这就需要用新的结构和材料来代替传统多晶硅浮栅闪存结构。纳米晶闪存结构采用半导体或金属的纳米颗粒来作为电荷俘获中心，它们彼此之间被绝缘介质隔离，纳米晶中贮存的电荷不会自由移动，因此隧穿层中局部的缺陷不会导致贮存的电荷大量流失，电荷的保存时间得以大大延长。这意味着隧穿氧化层的厚度能进一步降低，从而使得纳米晶闪存器件成为下一代嵌入式快闪存储器的有力替代者^[1-4]。

钌(Ru)金属纳米晶具有较大的功函数(～5eV)，故采用Ru作为电荷俘获中心能提供很好的电荷保持特性。在快闪存储器中，采用高介电常数介质做隧穿氧化层，可以实现更好的数据保存功能^[4]。此外，Ru与高介电常数介质间的化学稳定性好，钌本身易于干法刻蚀，其氧化物仍为良好的导体。所以，Ru纳米晶是闪存器件中很有应用前景的电荷俘获材料。

目前，用来制备金属纳米晶的方法主要分为两大类：胶状悬浮液和直接淀积。前者是化学方法，其中涉及到一些化学试剂的采用，因此提供了潜在的污染源，与CMOS工艺不兼容，主要是用于反应催化。直接淀积的方法包括电子束蒸发、溅射、离子注入、原子层淀积等方法，而电子束蒸发得不到大面积均匀的金属层厚度，离子注入具有很差的空间可控性。

参考文献

[1]H.I.Hanafi，S.Tiwari，and I.Khan，“Fast and long retention-time nano-crystal memory，”IEEE Trans.Electron Devices，vol.43，no.9，pp.1553-1558，Sep.1996.

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[3]Z.Liu，C.Lee，V.Narayanan，G.Pei，and E.C.Kan，“Metal nanocrystal memories-Part I：Device design and fabrication，”IEEE Trans.Electron Devices，vol.49，no.9，pp.1606-1613，Sep.2002.

[4]J.J.Lee and D.-L.Kwong，“Metal nanocrystal memory with high-κtunneling barrier forimproved data retention，”IEEE Trans.Electron Devices，vol.52，no.4，pp.507-511，Apr.2005.

[5]Y A.Johansson，T.Tomdahl，L.M.Ottosson，M.Boman，J.O.Carlsson，Materials Science&Engineering C.23(2003)823.

发明内容

本发明的目的是提供一种在氧化硅和高介电常数介质薄膜表面制备高密度Ru纳米晶的方法。