[发明专利]一种电子束蒸发制备电荷陷阱存储器件的方法

说明书

本发明公开了一种电子束蒸发制备电荷陷阱存储器件的方法，利用电子束蒸发沉积系统在硅衬底表面顺序蒸镀隧穿层、存储层、阻挡层和上电极，然后将沉积了薄膜的样品翻转，在硅衬底背面沉积下电极，形成电荷陷阱存储器件。该方法操作简单，薄膜质量高，厚度可控。

技术领域

本发明属微电子器件及其材料领域，涉及一种电子束蒸发制备电荷陷阱存储器件的方法。

背景技术

随着社会的进步，信息存储越来越受到重视。非易失性存储器件具有存储密度高、数据保持时间长等特点，逐渐成为行业研究人员关注的重点。在众多非易失性存储器件候选结构中，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。传统的SONOS型电荷陷阱存储器件通常使用化学气相沉积和溅射的方法制备，但对于SiO₂、ZrO₂和Al₂O₃等高熔点的金属氧化物，气相沉积和溅射制备方法尚有不足，而电子束蒸发制备氧化物薄膜具有速度快、薄膜质量高、厚度可控等优点。从提高器件制备速度和提高薄膜质量方面考虑，我们发明了一种电子束蒸发制备电荷陷阱存储器件的方法。借助电子束蒸发沉积系统，在硅(Si)衬底上顺序蒸镀隧穿层(SiO₂)、金属氧化物存储层、阻挡层(SiO₂)和金属铝电极，制备过程操作简单，薄膜质量高，厚度可控。

发明内容

本发明提供了一种电子束蒸发制备电荷陷阱存储器件的方法，操作简单。

所述电子束蒸发制备电荷陷阱存储器件的方法过程如下：

a)利用氢氟酸清洗硅(Si)衬底，去除Si表面的氧化物，然后将Si衬底放置在电子束蒸发沉积系统的衬底台上，将蒸发材料N置于坩埚中，N可在SiO₂和Al₂O₃中任选一种，加热衬底至200℃，蒸镀过程中保持腔体内的压强为1×10^-2Pa；

b)利用电子束蒸发沉积系统在Si衬底表面蒸镀一层3nm的N作为隧穿层，蒸镀速度控制为10nm/min，如图1(a)所示；

c)更换坩埚，将ZrO₂蒸发材料置于坩埚中，然后利用电子束蒸发沉积系统在隧穿层N表面蒸镀一层ZrO₂薄膜作为存储层，厚度在5nm至10nm范围内取值，蒸镀速度控制为10nm/min，蒸镀过程中保持腔体内的压强为1×10^-2Pa，如图1(b)所示；

d)更换坩埚，将蒸发材料N置于坩埚中，N可在SiO₂和Al₂O₃中任选一种，然后利用电子束蒸发沉积系统在ZrO₂存储层表面蒸镀一层N薄膜作为阻挡层，厚度在10nm至20nm范围内取值，确保阻挡层与隧穿层为同一种物质，蒸镀速度控制为10nm/min，蒸镀过程中保持腔体内的压强为1×10^-2Pa，如图1(c)所示；

e)更换坩埚，将金属M蒸发材料置于坩埚中，然后利用电子束蒸发沉积系统在N阻挡层表面蒸镀一层金属M作为上电极，电极厚度在100nm至200nm范围内取值，M可在铝(Al)、铂(Pt)、金(Au)中任选一种，蒸镀速度控制为10nm/min，蒸镀过程中保持腔体内的压强为1×10^-2Pa，如图1(d)所示；