[发明专利]一种纳米晶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，特别是涉及一种纳米晶存储器及其制作方法。

背景技术

闪存存储器是现在主流的存储技术，能够随时擦除和重写数据信息，并且在电路断电的情况下保持存储的数据信息，即既具有随机存取存储器(RAM)的优势，又具有只读存储器(ROM)的特点，因此闪存存储器又被称为一种非挥发存储器。

传统的闪存存储器被称为浮栅型电荷俘获存储器，这种浮栅型电荷俘获存储器采用特殊的浮栅场效应管作为存储单元，其结构与普通场效应管不同。浮栅型电荷俘获存储器具有两个栅极，一个如普通场效应管栅极一样，用导线引出，称为“选择栅”；另一个栅极则处于二氧化硅的包围之中不与任何部分相连，称为“浮栅”。

通常情况下，浮栅型电荷俘获存储器的浮栅不带电荷，场效应管处于不导通状态，场效应管的漏极电平为高，则表示数据1。编程时，场效应管的漏极和选择栅上都加上较高的编程电压，源极则接地。这样大量电子从源极流向漏极，形成相当大的电流，产生大量热电子，并从衬底的二氧化硅层俘获电子，由于电子的密度大，有的电子到达了衬底与浮栅之间的二氧化硅隧穿层，这时由于选择栅加有高电压，在电场作用下，这些电子又通过二氧化硅层到达浮栅，并在浮栅上形成电子聚集。由于浮栅层的材料具有比较高的电子功函数，浮栅层与包裹它的二氧化硅构成势垒，限制了电荷的运动，使器件存储了注入的电荷所带来的数据信息，并且浮栅上的电子聚集即使在断电的情况下，仍然会存留在浮栅上，所以信息能够长期保存(通常来说，这个时间可达10年)。由于浮栅为负，所以选择栅为正，在存储器电路中，源极接地，相当于场效应管导通，漏极电平为低电平，即数据0被写入。擦除时，源极加上较高的编程电压，选择栅接地，漏极开路，根据隧道效应和量子力学的原理，浮栅上的电子将穿过势垒到达源极，浮栅上没有电子，即信息被擦除。因此闪存存储器的电荷存储层为嵌入硅基氧化物中的浮栅层，浮栅存储器通过特定的电荷写入和擦除方式，使电荷从沟道通过硅基氧化层注入浮栅层中。

采用常规材料的闪存存储器的电荷存储层是空间连续分布的，电荷存储层中束缚的电荷也是空间连续分布的，如果存储器局部存在电荷泄露现象，会导致整个存储器中电荷全部丢失，从而丢失所保存的信息，导致闪存存储器的数据保持能力和可靠性不高。如果采用纳米晶替代常规材料作为器件的电荷存储层，由于束缚在纳米晶中电荷的能量态在空间是离散分布的，使纳米晶存储层中存储的电荷具有空间局域化的特点。当采用纳米晶的存储器存在电荷泄露现象时，由于电荷不能在束缚它们的能量态之间连续跳跃，不会丢失全部的电荷，从而保护存储的数据信息不会全部丢失。纳米晶存储器作为浮栅存储器，具有广阔的应用前景。

目前，纳米晶存储器主要应用于通讯设备等的嵌入式存储领域，由于数据通讯要求信息的高速存取和交换，要求纳米晶存储器具有较高的电荷存取速度。但是，现有纳米晶存储器为了保证数据保持能力和可靠性，通常存储器的隧穿层的厚度较大，而较大厚度的隧穿层会造成纳米晶存储器的数据存取速度较慢。

发明内容

本发明提供一种纳米晶存储器，解决现有存储器的数据存取速度较慢的问题。

为解决上述问题，本发明提供一种纳米晶存储器，包括半导体衬底、位于衬底上的栅堆叠介质层和位于栅堆叠介质层上的栅极层，位于栅堆叠介质层两侧衬底上的源漏区，所述栅堆叠介质层包括：

位于半导体衬底上的电荷隧穿层；

位于电荷隧穿层上的介质缓冲层，所述介质缓冲层材料的介电常数高于所述电荷隧穿层材料的介电常数；

位于所述介质缓冲层上的电荷存储层，所述电荷存储层采用纳米晶材料；

位于所述电荷存储层上的电荷阻挡层。

优选地，所述栅堆叠介质层还包括存储区势垒层，所述存储区势垒层位于所述介质缓冲层和电荷存储层之间。

其中，所述存储区势垒层的材料为硅基氧化物。

优选地，所述介质缓冲层的材料为铝、铪的二元氧化物或铝、铪氧化物的混合物。

优选地，所述电荷存储层采用氮化钛纳米晶或氮化钽纳米晶。

其中，所述电荷隧穿层采用硅基氧化物或硅基氮氧化物。

优选地，所述电荷阻挡层的材料与介质缓冲层的材料相同。

本发明还提供一种纳米晶存储器制作方法，包括步骤：

提供半导体衬底；

在所述衬底上制作电荷隧穿层；

在所述电荷隧穿层上制作介质缓冲层，所述介质缓冲层的材料介电常数高于所述电荷隧穿层的材料介电常数；

在所述介质缓冲层上制作电荷存储层；