[發明專利]一種納米晶浮柵結構的非揮發性存儲單元及其制作方法

無效

• 申請號: 200710099545.2
• 申請日: 2007-05-24
• 公開（公告）號: CN101312213A
• 公開（公告）日: 2008-11-26
• 發明（設計）人: 胡媛;劉明;龍世兵;楊清華;管偉華;李志剛;劉琦
• 申請（專利權）人: 中國科學院微電子研究所
• 主分類號: H01L29/788
• 分類號: H01L29/788;H01L29/49;H01L27/115;H01L21/336;H01L21/28;H01L21/8247
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司
• 代理人: 周國城

1、一種納米晶浮柵結構的非揮發性存儲單元，其特征在于，該存儲單元包括：

硅襯底(1)、硅襯底(1)上重摻雜的源導電區(6)和漏導電區(7)、源導電區(6)與漏導電區(7)之間的載流子溝道上覆蓋的隧穿介質層(2)、覆蓋在隧穿介質層(2)上的納米晶電荷存儲層(3)、覆蓋在納米晶電荷存儲層(3)上的控制柵介質層(4)以及覆蓋在控制柵介質層(4)上的柵材料層(5)。

2、根據權利要求1所述的納米晶浮柵結構的非揮發性存儲單元，其特征在于，所述隧穿介質層(2)由SiO₂材料制作而成，該SiO₂隧穿介質層的厚度為2nm至10nm。

3、根據權利要求1所述的納米晶浮柵結構的非揮發性存儲單元，其特征在于，所述納米晶電荷存儲層(3)的材料選用金屬納米晶，或選用化合物納米晶，或選用半導體納米晶，或選用異質復合納米晶；所述納米晶的直徑為1nm至10nm，密度為1×10¹¹cm^-2至1×10¹²cm^-2。

4、根據權利要求3所述的納米晶浮柵結構的非揮發性存儲單元，其特征在于，所述金屬納米晶材料為W、Al、Ni、Co、Cr、Pt、Ru、Sn、Ti、Au和Ag金屬中的任意一種；所述化合物納米晶材料為HfO₂、WN、CdSe、CoSi₂、NiSi、TaSi₂、WSi₂和HfSiOx二元、多元化合物中的任意一種；所述半導體納米晶材料為Si或Ge；所述異質復合納米晶材料為Si/Ge、TiSi₂/Si復合材料中的一種。

5、根據權利要求1所述的納米晶浮柵結構的非揮發性存儲單元，其特征在于，所述控制柵介質層(4)由SiO₂材料制作而成，該SiO₂控制柵介質層的厚度為10nm至50nm。

6、根據權利要求1所述的納米晶浮柵結構的非揮發性存儲單元，其特征在于，所述的柵材料層(5)采用多晶硅柵，或采用金屬柵，所述金屬柵包括TaN、IrO₂或金屬硅化物；所述多晶硅材料或者金屬材料的柵材料層的厚度至少為100nm。

7、一種制作納米晶浮柵結構的非揮發性存儲單元的方法，其特征在于，該方法包括：

A、在硅襯底上生長SiO₂隧穿介質層；

B、在SiO₂隧穿介質上生長納米晶顆粒作為電荷存儲層；

C、在納米晶電荷存儲層上沉積SiO₂控制柵介質層；

D、在SiO₂控制柵介質層上沉積柵材料層；

E、光刻，在柵材料層上的抗蝕劑中形成柵線條圖形；

F、以抗蝕劑圖形為掩模刻蝕柵材料層、SiO₂控制柵介質層、納米晶電荷存儲層及SiO₂隧穿介質層，形成柵堆結構；

G、光刻、離子注入，在柵線條兩側硅襯底中形成源導電區和漏導電區；

H、生長絕緣介質、光刻、腐蝕、蒸發金屬、剝離、退火，形成源電極、漏電極和柵電極，并封裝。

8、根據權利要求7所述的制作納米晶浮柵結構的非揮發性存儲單元的方法，其特征在于，步驟A中所述生長SiO₂隧穿介質層的方法為熱氧化、原子層沉積ALD、化學氣相淀積CVD、電子束蒸發或者磁控濺射；所述SiO₂隧穿介質層的厚度為2nm至10nm。

9、根據權利要求7所述的制作納米晶浮柵結構的非揮發性存儲單元的方法，其特征在于，步驟B中所述生長納米晶顆粒的方法為：采用濺射或蒸發在SiO₂介質上鍍膜，然后對薄膜材料進行高溫快速熱處理，使薄膜材料結晶形成納米晶顆粒。

10、根據權利要求7所述的制作納米晶浮柵結構的非揮發性存儲單元的方法，其特征在于，步驟C中所述沉積SiO₂控制柵介質層的方法為化學氣相淀積CVD、原子層沉積ALD、電子束蒸發或磁控濺射；所述沉積的SiO₂控制柵介質層的厚度為10nm至50nm。