[发明专利]纳米晶浮栅非易失存储器及其制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及微电子技术领域，尤其涉及一种具有多值存储功能的纳米晶浮栅非易失存储器及其制作方法。

背景技术

浮栅结构存储器是目前被大量使用和普遍认可的主流存储器类型，是一种十分重要的半导体元器件，被广泛应用于电子和计算机行业。传统的浮栅结构存储器由于其自身结构与材料的选择导致要求快速写入/擦除操作和长时间高稳定性存储相冲突的局限性，且随着技术节点的缩小这一矛盾并没有得到明显改善，限制了浮栅存储器的发展。

随着特征尺寸进入到纳米级，如何适应工艺的发展，在减小存储单元尺寸的同时提高存储数据写入、读取、擦除和保持性能，已经成为目前浮栅存储器发展面临的关键问题，这就要求从材料或结构上对传统浮栅存储器进一步改进。

基于SONOS(Poly-Si/SiO₂/Si₃N₄/SiO₂/Si)结构非易失存储器而提出来的具有纳米晶浮栅结构的非易失存储器，利用纳米晶颗粒作为电荷存储介质，每一个纳米晶颗粒与周围晶粒绝缘且只存储少量几个电子，从而实现了分立电荷存储，降低了隧穿介质层上的缺陷导致形成的致命的放电通道的危害性，只可能引起局部的纳米晶颗粒上的电荷泄漏，从而保证了电荷的保持特性更加稳定。

纳米晶颗粒材料的选择对纳米晶浮栅结构存储器的存储性能起着至关重要的决定作用。未来具有纳米晶浮栅结构的非易失存储器极有潜力为应用存储设备提供更高的集成密度、更低的写入/擦除电压、更快的写入/擦除速度、更高的耐受性、更强的数据保持特性和多位存储能力。

自1996年提出了在室温下工作的采用硅纳米晶浮栅结构的金属氧化物半导体场效应晶体管(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor，MOSFET)存储器以来，纳米晶浮栅结构非易失存储器引起了广泛的研究兴趣，并已经在这一方面做了大量的研究工作。

为了进一步提高现有传统浮栅结构存储器的集成密度，并同时提高存储器性能，对具有多值存储功能的浮栅结构存储器的结构设计和材料选择，已经开始成为众多以改进存储器综合性能和提高半导体存储器件集成度为目的的研究的方向和重点。而近年来，基于纳米晶浮栅存储器的多值存储结构，已经开始引起业界大量关注。

申请号为02130478.5的中国发明专利提供了一种具有量子点的存储器及其制造方法，其隧道层采用氧化硅、氧化铝、氧氮化硅、氧化钽、氧化铪、氧化锆、STO(SrTiO₃)；浮栅采用量子点材料，包括硅、氮化硅、金属；量子点的形成过程为先沉积模板层，接着氧化形成多孔模板，淀积量子点材料，刻蚀并平坦化。

申请号为20060125027的美国发明专利提供了一种采用HfO₂纳米晶作为浮栅的非易失存储器，通过共溅射Hf、Si形成含Hf的硅酸盐，然后在Ar/O₂中快速退火形成HfO₂纳米晶，隧穿介质采用SiO₂、Si₃N₄、HfO₂、ZrO₂、Al₂O₃、La₂O₃。

申请号为20060166452的美国发明专利及申请号为2006080999的世界发明专利提供了一种非易失纳米晶存储器及其制造方法，采用Si、Ge及金属纳米晶浮栅，采用SiO₂、HfO₂、La₂O₃、Al₂O₃隧穿介质，采用SiON_x控制栅介质，其中N的含量从纳米晶浮栅到控制栅逐渐降低。

申请号为200410091126.0的中国发明专利提供了一种基于纵向双势垒共振隧穿结构的量子点存储器，采用SiGe量子点浮栅层、双势垒共振隧穿层，通过S-K生长模式自组织生长SiGe量子点，交替生长SiGe和Si形成多层异质结构的双势垒遂穿层。

采用上述方法利用高k介质和纳米晶材料制作浮栅结构非易失存储器一般都可以获得纳米晶颗粒，纳米晶材料被用作浮栅层，其中制备纳米晶颗粒的方法包括模板法、混合材料退火法、多层退火、氧化加刻蚀、S-K自组织生长法等；高k材料被用作介质层；单一介质材料或者多层介质材料被用作隧穿介质层。