[发明专利]基于分立电荷存储模式的高密度、单分散、高可靠纳米硅存储器无效

专利信息
申请号: 200910181322.X 申请日: 2009-07-17
公开(公告)号: CN101645422A 公开(公告)日: 2010-02-10
发明(设计)人: 陈坤基;张贤高;方忠慧;马忠元;黄信凡 申请(专利权)人: 南京大学
主分类号: H01L21/8247 分类号: H01L21/8247;H01L21/28
代理公司: 南京天翼专利代理有限责任公司 代理人: 陈建和
地址: 210093江*** 国省代码: 江苏;32
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摘要:
搜索关键词: 基于 分立 电荷 存储 模式 高密度 分散 可靠 纳米 存储器
【说明书】:

技术领域

发明涉及纳米硅浮栅存储器制备的技术领域。尤其是基于分立电荷存储模式的高密度、单分散、高可靠硅量子点(纳米硅浮栅存储器)的制备。 

背景技术

半导体存储器作为数据存储的基本单元,广泛应用于U盘、MP3及手机等移动通讯、民用、国防等领域,与数字逻辑电路一起是集成电路的两大支柱产业。半导体存储器中又以NAND和NOR浮栅型快闪存储器为非挥发存储器的代表。但传统的浮栅型非挥发存储器又因集成电路向32nm以下发展而受到制约。表现在由于应力诱导漏电流和单元间浮栅耦合效应导致的数据保持时间和可靠性降低甚至器件操作失效。 

在此背景下,人们探求各种新型的存储器件工作原理和结构,其中纳米晶浮栅存储器结构和技术在上世纪末被提出来并得到发展。其基本发明点是用两个绝缘层之间的nc-Si晶粒层替代常规浮栅(如多晶硅、氮化硅等)结构,从而达到由nc-Si存储电荷(信息)的目的。这一部分也是最后制成的纳米硅浮栅存储器的关键工艺部分,直接影响存储器的存储窗口和保持时间等存储器的基本性能。而本发明提出一种基于分立电荷存储模式的高密度、单分散、高可靠硅量子点制备技术,是用于纳米硅存储器制备控制介质层/纳米硅层/隧穿介质层的关键技术,在5英寸MOS工艺线上获得优良的nc-Si浮栅结构MOSFET器件存储特性。 

发明内容

本发明的目的是:提出一种纳米硅浮栅存储器的制备控制介质层/纳米硅层/隧穿介质层的制备关键,用于制备基于分立电荷存储模式的高密度、单分散、高可靠硅量子点。 

本发明的技术方案是:基于分立电荷存储模式的高密度、单分散、高可靠纳米硅浮栅存储器(硅量子点)的制备方法,在硅衬底上利用局域氧化工艺(LOCOS技术)形成源漏窗口区域,在注入硼离子并去除SiO2膜后,进行以下步骤: 

1)在此硅氧化工艺后的区域制备隧穿氧化层:用氯化氢氧化工艺方法制备隧穿氧化层,厚度:3.5±0.5nm; 

2)制备纳米硅层:采用低压化学气相淀积方法(LPCVD)淀积nc-Si;nc-Si厚度:15-20nm; 

3)制备氮化nc-Si层,对nc-Si氮化:采用LPCVD方法对nc-Si氮化,氮化的气源:NH3,温度:780℃,时间:2-10min,nc-Si尺寸:5-10nm; 

4)制备氮化硅(SiNx)控制栅:采用LPCVD方法,气源:SiH2Cl2∶NH3=30∶290(sccm),气压:350mTorr,温度:780℃,时间:5-10min;厚度:20-30nm; 

5)采用带有LOCOS方法的MOS和CMOS工艺,与上述四道关键工艺相衔接,制备纳米硅浮栅存储器并封装。 

本发明的技术方案是:制备基于分立电荷存储模式的高密度、单分散、高可靠纳米硅浮栅存储器,在标准的增强型N沟道MOS晶体管的传统方法中加入新的工艺,形成 nc-Si浮栅结构。 

图1是nc-Si浮栅结构的剖面示意图。该结构核心的工艺是:1、隧穿介质层:用氯化氢氧化方法在Si衬底上形成3.5nm厚的SiO2层;2、nc-Si层:用LPCVD法淀积10-20nm的nc-Si层;3、nc-Si层氮化:LPCVD系统中对nc-Si层氮化,4、nc-Si缩小到5-10nm;5、控制介质层:在LPCVD系统中淀积20-30nm的SiN。 

本发明的有益效果:1.本方法制备nc-Si浮栅存储器的关键工艺,在5英寸MOS工艺线上完成流片。本发明所提关键技术完全与微电子MOS工艺和CMOS工艺相兼容。 

2.采用本方法nc-Si浮栅存储器的关键工艺可以得到具有清晰的氮化硅控制栅/氮化nc-Si层/隧穿氧化层结构。图2是nc-Si MOSFET的剖面电子显微(TEM)像,清晰看到硅衬底、关键工艺层、多晶硅栅层、磷硅玻璃钝化层、掺杂磷硅玻璃层。 

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