[发明专利]一种基于应变硅的纳米晶非挥发性存储器及其制作方法

权利要求书

1.一种基于应变硅的纳米晶非挥发性存储器，其特征在于：包括硅衬底，淀积在硅衬底上的GeSi渐变掺杂缓冲层、Ge1-xSix舒缓层和应变硅层，位于硅衬底中两侧的轻掺杂漏极及源导电区和漏导电区，源导电区与漏导电区之间的载流子沟道上覆盖的遂穿介质层，覆盖在遂穿介质层上的纳米晶电荷存储层，覆盖在纳米晶电荷存储层上的控制栅介质层，覆盖在控制栅介质层上的栅电极材料层。

2.如权利要求1所述的基于应变硅的纳米晶非挥发性存储器，其特征在于：所述硅衬底为氮化物，掺杂氧化物，Al2O3，HfO2，ZrO2，HfSiO中的任意一种。

3.如权利要求1所述的基于应变硅的纳米晶非挥发性存储器，其特征在于：所述Ge1-xSix舒缓层包括p型掺杂的SiGe，该舒缓层在应变硅层中产生处于拉伸的应变，并且该舒缓层引发衬底处于拉伸状态，处于拉伸的硅衬底结合舒缓层在平行于沟道的方向上提供处于拉伸的应变。

4.如权利要求1所述的基于应变硅的纳米晶非挥发性存储器，其特征在于：所述隧穿介质层的材料为SiO2，所述隧穿介质层的厚度为4nm～7nm。

5.如权利要求1所述的基于应变硅的纳米晶非挥发性存储器，其特征在于：所述纳米晶电荷存储层的材料为金属纳米晶、化合物纳米晶、半导体纳米晶或异质复合纳米晶；所述纳米晶的直径为1nm～10nm，密度为1×1011/cm-2～1×1012/cm-2。

6.如权利要求5所述的基于应变硅的纳米晶非挥发性存储器，其特征在于：所述金属纳米晶的材料为金属W、Al、Ni、Co、Cr、Pt、Ru、Sn、Ti、Au和Ag中的任意一种；所述化合物纳米晶的材料为HfO2、WN、CdSe、CoSi2、NiSi、TaSi2、WSi2和HfSiOx中的任意一种；所述半导体纳米晶的材料为硅、锗和硫化镉中的任意一种；所述异质复合纳米晶的材料为Si/Ge、TiSi2/Si中的一种。

7.如权利要求1所述的基于应变硅的纳米晶非挥发性存储器，其特征在于：所述控制栅介质层的厚度为10nm。

8.如权利要求1所述的基于应变硅的纳米晶非挥发性存储器，其特征在于：所述栅电极材料层为多晶硅栅或金属栅，所述多晶硅栅为N型掺杂多晶硅，所述金属栅包括TaN、IrO2或金属硅化物；所述多晶硅栅或者金属栅的栅电极材料层的厚度为100nm。

9.一种基于应变硅的纳米晶非挥发性存储器的制作方法，其特征在于：该方法包括：

A、在硅衬底淀积GeSi渐变掺杂缓冲层、Ge1-xSix舒缓层、应变硅层；

B、在硅衬底上进行阱掺杂、防穿通掺杂、阈值电压调节掺杂；

C、在硅衬底上生长隧穿介质层；

D、在隧穿介质层上生长纳米晶作为纳米晶电荷存储层；

E、在纳米晶电荷存储层上沉积控制栅介质层；

F、在控制栅介质层上沉积栅电极材料层；

G、光刻，在栅电极材料层上的抗蚀剂中形成栅线条图形；

H、以栅线条图形为掩模刻蚀栅电极材料层、控制栅介质层、纳米晶电荷存储层及隧穿介质层，形成栅堆结构；

I、光刻、离子注入，在栅线条两侧硅衬底中形成轻掺杂漏极，以及源导电区和漏导电区，制作栅侧墙；

J、通过溅射或者CVD淀积钨和二氧化硅材料形成金属间层，以化学机械平坦化CMP来磨平金属间层，以光刻和刻蚀工艺来形成所需要的通孔CT；通过溅射或者CVD淀积钨和二氧化硅材料形成金属互联层，以化学机械平坦化CMP来磨平金属互联层，以光刻和刻蚀工艺来形成所需要金属互联线；在这些完成以后测试、封装。

10.如权利要求9所述的基于应变硅的纳米晶非挥发性存储器的制作方法，其特征在于：所述步骤A中在硅衬底淀积GeSi渐变掺杂缓冲层、Ge1-xSix舒缓层、应变硅层的方法为原子层沉积ALD、化学气相淀积CVD。

11.如权利要求9所述的基于应变硅的纳米晶非挥发性存储器的制作方法，其特征在于：所述步骤A中的应变硅层为硼掺杂，剂量在10E12/cm2量级，掺杂能量在20kev量级，用来调节该器件的阈值电压。

12.如权利要求9所述的基于应变硅的纳米晶非挥发性存储器的制作方法，其特征在于：所述步骤C中生长隧穿介质层的方法为热氧化、原子层沉积ALD、化学气相淀积CVD、电子束蒸发或者磁控溅射。