[发明专利]一种具有双层氧化物纳米晶存储层的电荷陷阱存储器件及其制备方法

说明书

本发明公开了一种具有双层氧化物纳米晶存储层的电荷陷阱存储器件及其制备方法，利用M_x(SiO₂)_1‑x/SiO₂/M_x(SiO₂)_1‑x作为存储层，M可选择ZrO₂、HfO₂、La₂O₃，其中第一层M_x(SiO₂)_1‑x在800℃下原位保温15分钟，而后降温至600℃，使沉积的第二层M_x(SiO₂)_1‑x原位保温1分钟，然后降低温度到室温。由于原位保温时间和温度的差别，使析出的双层氧化物纳米晶尺寸不同，实现了存储密度与保持能力的平衡。

技术领域

本发明属微电子器件及其材料领域，涉及一种具有双层氧化物纳米晶存储层的电荷存储器件及其制备方法。

背景技术

随着社会的进步，信息存储越来越受到重视，其中存储密度高、数据保持时间长等特点成为行业研究人员关注的重点。在众多非易失性存储器候选结构中，硅-氧化物-氮化物-氧化物-多晶硅(SONOS)型电荷陷阱存储器件便是一种极具发展前景的存储结构，其中紧接着硅(Si)的氧化物(SiO₂)作为隧穿层，氮化物(Si₃N₄)作为存储层，紧挨着多晶硅电极的氧化物(SiO₂)作为阻挡层。但是，传统的SONOS型电荷陷阱存储器件存在存储态密度低和浅能级缺陷态密度较高等缺点，导致提高存储密度必须以牺牲数据保持性能作为代价。因此，达到存储密度与数据保持性能之间的平衡，成为行业人员研究的难点和重点。

对于SONOS型陷阱存储器件，存储层中的缺陷态密度决定了器件的存储密度，而缺陷能级深度决定了数据保持性能。具有较高陷阱态密度、较深缺陷能级的存储层及其制备方法成为提高SONOS器件存储性能的关键。从器件存储层角度考虑，材料之间的界面能够提供大量的缺陷和较深的能级，有利于提高器件的存储密度和数据保持能力。近年来，介质层包裹金属氧化物纳米晶颗粒被认为是下一代电荷陷阱存储器件的存储媒介。但是，氧化物纳米晶作为存储媒介同样面临困难，即大尺寸纳米晶颗粒虽然具有较深的能级，但减小了比表面积，降低了缺陷密度，难以获得较高的存储密度；小尺寸纳米晶，虽然比表面积较大，缺陷密度较高，但晶粒结构不稳定，深能级缺陷较少，数据保持性能很难提高。基于以上考虑，我们发明了一种双层氧化物纳米晶存储层的电荷陷阱存储器件及其制备方法。借助脉冲激光沉积方法，在Si衬底上顺序生长隧穿层(SiO₂)、堆栈的多元氧化物存储层、阻挡层(SiO₂)，通过薄膜沉积过程中原位不同温度、时间的保温，使堆栈存储层中析出不同尺寸的氧化物纳米晶颗粒，达到存储密度和数据保持性能之间的平衡。

发明内容

本发明提供了一种具有双层氧化物纳米晶存储层的电荷陷阱存储器件及其制备方法，操作简单。

所述具有双层氧化物纳米晶存储层的电荷陷阱存储器件的制备过程如下：

a)利用氢氟酸清洗Si衬底，去除Si表面的氧化物，然后将Si衬底放置在脉冲激光沉积系统腔内的衬底台上，将SiO₂、多元氧化物M_x(SiO₂)_1-x和铂(Pt)靶材置于靶材底盘上，其中M可在ZrO₂、HfO₂、La₂O₃中任选一种，x在0.1-0.3范围内取值，腔内压强为1×10^-4Pa；

b)利用脉冲激光沉积系统在Si衬底表面沉积一层SiO₂作为隧穿层，如图1(a)所示；