[发明专利]包括柔性电荷捕获层的非易失性存储装置及其制造方法

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求2013年12月19日提交的韩国专利申请第10-2013-0159745号的优先权，该专利申请通过引用整体合并于此。

技术领域

本申请的各种实施例涉及一种包括柔性电荷捕获层的非易失性存储装置，以及一种制造该非易失性存储装置的方法。

背景技术

非易失性存储装置保存存储的数据，即使当它们的电源供应被切断。这与没有恒定的电源供应就不能存储数据的易失性存储装置形成对照。

非易失性存储装置包括存储单元，用于存储数据的基础单元，该存储数据以列或行排列。可以根据他们具有的存储单元的类型而排列非易失性存储装置。

非易失性存储装置的一个示例是浮栅型NAND闪存装置(此后简单地称为闪存装置)，之后已经发现了其广泛的用途。闪存装置具有存储单元结构，其包括在衬底上的氧化硅层，存储电荷的浮栅硅层，用作阻止电荷从浮栅流失的势垒(barrier)氧化层，以及控制栅极。所述氧化硅层、硅层、栅极氧化层以及控制栅极以某一顺序堆叠。

随着消费者持续需要越来越多的数据存储，半导体行业一直在缩小闪存单元以增加存储容量。减小单元尺寸需要减小浮栅的高度、减少一部分堆叠结构。

随着更多的数据存储的趋势，正在研究并发展具有SONOS(氧化硅-氮-氧化硅)结构的存储装置。SONOS结构存储装置使用氮化硅(例如Si₃N₄)作为电荷存储层，而不是传统的浮栅，并且可以有效保存数据以及减小存储单元的垂直高度。另外，具有被称为MONOS(金属氧化物-氮-氧化硅)的改进的SONOS结构。电荷存储结构以及MONOS结构的操作协议与SONOS结构的相同，除了所述金属代替硅用于控制栅极。电荷存储区域的结构则是氧化硅、氮化硅、氧化硅(氧化物-氮-氧化物：ONO)。然而，电荷存储区域的功能保持相同。

采用ONO结构的非易失性存储装置使用氮化硅(例如Si₃N₄)用于捕获每个单元中的电荷。该方法的协议是当在氮化硅中捕获到电荷时改变临界电压“Vth”。

由于数据保存时间不够长，电荷捕获非易失性存储装置确实具有缺陷。这是由于氮化硅(Si₃N₄)层中电荷捕获点没有足够的密度和/或均一性。为了获得足够的存储容量，氮化硅(Si₃N₄)层必须保持一定的厚度，这可能阻碍小型化目的。由于厚的氮化硅(例如Si₃N₄)层可能增加需要的运行电压并减慢运行速度，这可能导致其他问题。在此公开的创造性构思提供了解决这些设计难题的途径。

发明内容

所有的实施例涉及一种电荷捕获非易失性存储装置及一种用于制造该非易失性存储装置的方法，所述非易失性存储装置包括电荷捕获层，该电荷捕获层可以按比例缩小以降低电能消耗同时保持良好的运行稳定性、再现性以及可靠性。

在一个实施例中，非易失性存储装置包括：用于在柔性衬底上捕获电荷的电荷捕获层，其中，电荷捕获层包括：在柔性衬底上形成并且包括结合到金属离子的连接基团(linkers)的连接层；在连接层上的金属离子外形成的金属纳米粒子；以及氮气填充的金属纳米粒子之间的空隙。

所述柔性衬底可以包括有机材料作为表层，该有机材料可能具有适于结合至连接基团的羟基官能团(-OH)。

所述柔性衬底可以是包括选自以下物质的一种或两种或多种的混合物的聚合物：聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)，聚乙烯(PEN)，聚酰亚胺(PI)，聚碳酸酯(PC)，聚丙烯(PP)，三乙酰(TAC)，聚醚砜(PES)以及聚二甲硅氧烷(PDMS)。

所述非易失性存储装置还可以包括：插入到柔性衬底和电荷捕获层之间的第一氧化物；在电荷捕获层上形成的第二氧化物；以及在第二氧化物上形成的栅极。

连接基团可以是结合到柔性衬底的表层的有机物分子。

电荷捕获层还可以包括结合到金属离子或金属纳米粒子的一种或多种有机表面活性剂。

所述有机表面活性剂可以是含氮有机材料或含硫有机材料。

所述有机表面活性剂可以包括不同类型的第一有机材料和第二有机材料，并且所述第一有机材料可以是含氮有机材料或含硫有机材料，并且第二有机材料可以是基于催化剂的相变有机材料。

所述金属纳米粒子可以具有从大约0.5到3.0nm的平均粒径。