[发明专利]一种金属纳米晶存储器

说明书

技术领域

本发明涉及微电子行业存储器技术领域，尤其涉及一种金属纳米晶存储器。

背景技术

目前的微电子产品主要分为逻辑器件与存储器件两大类，存储器件在微电子领域占有非常重要的地位。存储器件一般可分为挥发性存储器与非挥发存储器。非挥发性存储器的主要特点是在不加电的情况下也能够长期保持存储的信息。它既有只读存储器的特点，又有很高的存取速度，而且易于擦除和重写，功耗较小。随着多媒体应用、移动通信等对大容量、低功耗存储的需要，非挥发性存储器，特别是闪速存储器(Flash)，所占半导体器件的市场份额变得越来越大，也越来越成为一种相当重要的存储器类型。对于这些存储器，如何通过调整结构材料来提高性能和简化工艺，有效地控制工艺成本是急待解决的问题。以纳米晶存储器为代表的Flash存储器即具有这方面的优势。

传统Flash存储器的组成核心，是基于多晶硅薄膜浮栅结构的硅基非挥发性存储器。但多晶硅薄膜浮栅器件具有制造工艺较复杂、写入时间长、写入功耗较大等缺点。而且随着技术节点的不断降低，器件隧穿介质层也越来越薄，这使得器件的电荷泄露问题日趋严重。这是因为对于传统的多晶硅薄膜浮栅结构存储器，隧穿氧化层上的一处缺陷即会形成致命的放电通道使器件失效。为了解决这个问题，电荷俘获型存储器被提出来。利用俘获层中电荷局域化存储的特性，电荷俘获型存储器实现分立电荷存储，隧穿介质层上的缺陷只会造成局部的电荷泄漏，这样使电荷保持更加稳定。其中纳米晶存储器由于具备使用更薄隧穿氧化层，更低的编程/擦除(P/E)电压、更快的P/E速度、更强的数据保持特性(retention)等的优势引起了科学界，产业界的极大关注。同时引入高K材料作为隧穿介质层和电荷阻挡层可以有效的解决数据保持和高擦写的折中问题。因为采用高K栅介质，在保证单位栅电容不变条件下，栅介质层的物理厚度将高于传统材料(如二氧化硅，氮化硅)的物理厚度，从而可有效解决栅泄漏电流问题并保持高的编程擦除速度。采用纳米晶材料的陷阱俘获存储器可以满足高性能存储器的需求，得到了广泛的研究。同时，金属纳米晶与Si或Ge纳米晶相比，具有更大的优势，如功函数可调、在费米能级附近态密度很高、微扰小等因此受到了产业界和科研界的广泛关注。

制备纳米晶存储器，其中关键工艺是纳米晶薄膜的制备。其制备方法多种多样，主要包括以下几种：(1)离子注入的方法形成纳米晶颗粒；(2)快速热退火的方法形成纳米晶颗粒；(3)CVD直接生长的方法制备纳米晶颗粒。

在实现本发明的过程中，申请人意识到现有技术金属纳米晶存储器件存在如下技术缺陷：金属纳米晶颗粒直径较大，均匀性差，严重影响浮栅存储器的存储性能。

发明内容

(一)要解决的技术问题

为解决上述的一个或多个问题，本发明提供了一种金属纳米晶存储器的制备方法，以提高金属纳米晶层的质量，降低制备金属纳米晶存储器的工艺复杂度和成本。

(二)技术方案

根据本发明的一个方面，提供了一种金属纳米晶存储器。该金属纳米晶存储器包括：衬底；形成于衬底沟道区两侧的源端和漏端；及依次形成于衬底沟道区上方的隧穿介质层、金属纳米晶存储层、电荷阻挡层和栅电极；其中，该金属纳米晶存储层是由金属纳米晶胶体经喷涂方法沉积于隧穿介质层上并蒸发金属纳米晶胶体内的溶剂而形成的。

(三)有益效果

由上述技术方案可知，本发明金属纳米晶存储器具有以下有益效果：

(1)本发明纳米晶存储器综合了纳米晶的电荷局域化存储特性和高K栅介质的防泄漏特性；

(2)本发明金属纳米晶存储器，是基于激光烧蚀、喷枪喷涂的方法来实现，与常规的制备纳米晶浮栅非挥发性存储器比较，具有成本低廉、纳米颗粒直径可控，均匀性好，无污染、器件性能优良等诸多优点。

附图说明

图1A为本发明实施例金属纳米晶存储器的剖面示意图；

图1B为本发明实施例纳米晶存储器的三维结构示意图；

图2A为由本发明实施例纳米晶存储器构成的NOR型阵列的示意图；

图2B为图2A所示NOR型阵列方向的示意图；

图3A为本发明实施例金属纳米晶存储器制备方法中对衬底进行浅沟隔离后沿A-A’方向的结构示意图；

图3B为本发明实施例金属纳米晶存储器制备方法中对衬底进行浅沟隔离后沿B-B’方向的结构示意图；

图4A为本发明实施例金属纳米晶存储器制备方法中淀积高K隧穿介质层后沿A-A’方向的结构示意图；