[发明专利]包括柔性纳米浮栅的非易失性存储设备及制造该设备的方法

说明书

相关申请的交叉参考

本申请要求于2013年12月19日提交的申请号为No.10-2013-0159738的韩国专利申请的优先权，其在此通过引用被全部并入本文中。

技术领域

本发明的各种实施例涉及一种包括柔性纳米浮栅的非易失性存储器，以及制造该非易失性存储器的方法。

背景技术

对于闪存、一类非易失性存储设备的需求在移动设备和数字工业领域迅猛地增长，诸如移动电话、MP3播放器、数码相机、通用串行总线(USB)等。

目前被商业化的与NAND闪存设备基于晶体管阈值电压的变化来运行。在阈值电压上的变化由浮栅中存储的电荷引发。该浮栅由多晶硅形成并可以被充电或放电。然而，浮栅中的非均匀多晶硅的分布增加了设备的阈值电压的可变性以及高至5到10V的运行电压需要大量的能量消耗。同样地，当按比例缩小时，蚀薄的绝缘层导致浮栅的电荷泄漏到通道，由于其会导致存储数据的丢失所以这是一个非常严重的问题。

为解决这些问题并获得高的可靠性，稳定地保持电荷、消耗更少电能、以高速运行、以及具有高的积合度(integration)，专利号为No.8,093,129的美国专利公开了一种纳米浮栅存储设备(NFGM)，其通过形成纳米级粒子的浮栅来制造(其可以随纳米粒子被简单提及)。该浮栅仅为存储电荷的存储节点。

由于彼此之间未电连接的纳米粒子存储电荷，该纳米浮栅存储设备可以最小化由蚀薄的绝缘层导致的数据遗失的可能性并获得优越的数据保持性能。同样地，该纳米浮栅存储设备可以被按比例缩小以降低电力消耗以及，由于其能够执行程序和/或通过直接在低电压上开通通道以删除操作，其运行速率可以被显著提升。然而，由于该纳米浮栅存储设备仅仅使用单一的晶体管，其具有很多有利的方面，包括可以获得高的结合度的能力。

然而，该纳米浮栅存储设备具有以下缺点。其很难在所需要的区域密集地形成纳米粒子，该控制栅的下部不允许在阈值电压上发生太多变化。同样地，在纳米粒子尺寸上的广泛分布会导致宽阈值电压分布，其弱化了设备的再生性和可靠性。

发明内容

本发明的各种实施例针对一种包括柔性纳米浮栅的非易失性存储设备，其可以按比例缩小以获得低的电力消耗同时其即使按比例缩小时仍然具有优越的运行稳定性、再生性、以及可靠性，同时针对一种用于制造该非易失性存储设备的方法。

在一个实施例中，非易失性存储设备包括：用于在柔性衬底上面进行电荷的充电和放电的浮栅，其中该浮栅包括：在柔性衬底上面形成且包括被结合在金属离子上的连接基团的连接层；以及在该连接层上面由金属离子形成的金属纳米粒子。

该柔性衬底可以包括含有适于作为表面层结合到连接基团的羟基官能团(-OH)的有机材料。

该柔性衬底可以为聚合物，包括选自以下聚合物的一种：聚对苯二甲酸乙二酯(PET)、聚乙烯酸乙二酯(PEN)、聚酰亚胺(PI)、聚碳酸酯(PC)、聚丙烯(PP)、三乙酰纤维素(TAC)、聚醚砜(PES)、聚二甲硅氧烷(PDMS)，或其混合物。

该非易失性存储设备可以进一步包括：在衬底和浮栅之间插入的隧穿绝缘层；在浮栅上面形成的栅绝缘层；以及在栅绝缘层上面形成的控制栅。

该连接基团可以被有机分子结合到柔性衬底的表面上。

该浮栅可以进一步包括无机氧化物和/或被结合到金属纳米粒子的表面的电介质有机材料。

该浮栅可以进一步包括一种或多种被结合到金属离子或金属纳米粒子的有机表面活性剂。

该有机表面活性剂可以为含氮的有机材料或含硫的有机材料。

该有机表面活性剂可以包括不同种类的第一有机材料和第二有机材料。该第一有机材料可以为含氮的有机材料或含硫的有机材料，以及该第二有机材料可以为基于催化剂的相变有机材料。

该金属纳米粒子可以具有大约0.5到3.0nm的平均粒子直径。

该金属纳米粒子可以具有大约±20％或更小的粒子半径标准差。

该连接层可以为在衬底上面形成的有机分子的自组装(self-assembled)单分子层。

该连接层可以为具有选自以下群组的至少一个官能团的硅烷化合物层：胺基(-NH₂)、羧基(-COOH)、以及硫醇基(-SH)。

连接基团的每个可以包括：被结合到衬底表面的第一功能基团；被结合到金属离子的第二功能基团；以及用于使该第一功能基团和该第二功能基团相互联接的链式基团。