[发明专利]氮化镓基非易失性存储器件及其制备方法

说明书

本发明公开了氮化镓基非易失性存储器件及其制备方法，选用高温半导体材料GaN作为衬底，利用原子层沉积系统和磁控溅射方法制备Ag/GaN/SiO₂/La₂O₃/SiO₂/Ag存储结构。本发明所述的GaN基非易失性存储器件制备方法操作简单，可实现大规模制备。

技术领域

本发明属微电子材料领域，涉及氮化镓基非易失性存储器件及其制备方法。

背景技术

集成电路的发展基本遵循了Intel创始人之一的Gordon E.Moore于1964年提出的摩尔定律：即在集成电路的单个芯片上集成的元件数，每12至18个月增加一倍，特征尺寸缩小倍。然而，随着半导体器件特征尺寸逐渐减小，传统的浮栅型非易失性存储器件逐渐达到其物理和技术的极限。为了解决这一难题，多晶硅-氧化物-氮化物-氧化物-硅(SONOS)型非易失性半导体存储器件被广泛地研究。另外，非易失性存储器件在高温下的操作可靠性越来越受到关注。相比于传统的硅(Si)材料，氮化镓(GaN)半导体材料具有带隙宽、发光效率高、电子漂移饱和速度高、热导率高、硬度大、介电常数小，化学性质稳定及抗辐射、抗高温等优点，成为高频、高压、高温微电子器件制备的最优选材料，被誉为第三代半导体材料。基于以上考虑，我们发明了一种氮化镓基非易失性存储器件，利用原子层化学气相沉积方法，借助磁控溅射沉积，在氮化镓衬底上顺序生长隧穿氧化物SiO₂、La₂O₃存储氧化物和SiO₂阻挡氧化物，形成氮化镓基非易失性电荷存储器件。

发明内容

本发明提供了一种氮化镓基非易失性存储器件的制备方法，操作简单。

所述氮化镓基非易失性存储器件的制备过程如下：

a)将GaN衬底置于适量丙酮中，超声清洗5分钟后，然后用去离子水超声清洗5分钟，去除GaN衬底表面残留的杂质，紧接着利用高纯氮气吹干后放入原子层化学气相沉积腔体内以备沉积薄膜；

b)利用原子层化学气相沉积系统在GaN衬底表面生长一层SiO₂作为隧穿氧化物，采用三(二甲胺基)硅(Si(N(CH₃)₂)₃)作为前驱体，臭氧作为氧源，原子层沉积循环次数在20-40次范围内选择，通过载气氮气将Si(N(CH₃)₂)₃代入沉积腔体，附着在GaN衬底表面，与进入腔体的臭氧发生表面反应生成SiO₂，形成SiO₂隧穿氧化物，如图1(a)所示；

c)SiO₂隧穿氧化物生长结束之后，利用原子层化学气相沉积系统在SiO₂隧穿氧化物表面生长一层La₂O₃作为存储氧化物，选用三(2，2，6，6-四甲基-3，5-庚二酮)镧(La(C₁₁H₁₉O₂)₃)作为金属前驱体，臭氧作为氧源，原子层沉积循环次数在80-150次范围内选择，GaN衬底温度在300℃-400℃范围内选择，前驱体温度在150℃-200℃范围内选择，如图1(b)所示；

d)La₂O₃存储氧化物生长结束后，利用原子层化学气相沉积系统在存储氧化物表面生长一层SiO₂阻挡氧化物，选用三(二甲胺基)硅(Si(N(CH₃)₂)₃)作为前驱体，臭氧作为氧源，沉积循环次数在100-200次范围内选择，如图1(c)所示；