[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

技術領域

本發明涉及微電子技術領域，尤其涉及一種納米晶浮柵結構的非揮發性存儲單元及其制作方法。

背景技術

浮柵結構存儲器是目前被大量使用和普遍認可的主流存儲器類型，是一種十分重要的半導體元器件，被廣泛應用于電子和計算機行業。傳統的浮柵結構存儲單元由于其自身結構與材料的選擇導致要求快速寫入/擦除操作和長時間高穩定性存儲性能相沖突的局限性，且隨著特征尺寸的縮小這一矛盾并沒有得到明顯改善，限制了浮柵存儲單元的發展。

隨著特征尺寸進入到納米級，如何適應工藝的發展，在減小存儲單元尺寸的同時提高存儲數據寫入、讀取、擦除和保持性能，已經成為目前浮柵存儲單元發展面臨的關鍵問題，這就要求從材料或結構上對傳統浮柵存儲單元進一步改進。

基于SONOS(Poly-Si/SiO₂/Si₃N₄/SiO₂/Si)結構非揮發性存儲單元提出來的納米晶浮柵非揮發性存儲單元利用納米晶作為電荷存儲介質，每一個納米晶顆粒與周圍晶粒絕緣且只存儲少量幾個電子，從而實現分立電荷存儲，降低了隧穿介質層上的缺陷形成致命的放電通道的危害，只會造成局部納米晶上的電荷泄漏，使電荷的保持更穩定。未來納米晶浮柵非揮發性存儲單元有潛力為應用存儲設備提供更高的集成密度、更低的寫入/擦除電壓、更快的寫入/擦除速度、更高的耐受性、更強的數據保持特性和多位存儲的能力。

自1996年提出在室溫下工作的硅納米晶浮柵結構的金屬氧化物半導體場效應晶體管(Metal?Oxide?Semiconductor?Field?Effect?Transistor，MOSFET)存儲器以來，已經引起了廣泛的研究興趣并在這一方面做了大量的研究工作。申請號為01108248.8的中國發明專利提供了一種鍺/硅復合納米晶粒浮柵結構MOSFET存儲器。申請號為02130478.5的中國發明專利提供了一種具有量子點的存儲器及其制造方法，量子點的形成過程為先沉積模板層，接著氧化形成多孔模板，淀積量子點材料，刻蝕并平坦化。申請號為200410064057.4的中國發明專利提供了一種具有納米晶體層的SONOS存儲器件，該存儲器具有一至三層存儲節點層。申請號為200310116438的中國發明專利提供了一種制造帶有納米點的存儲器的方法，通過多孔模板掩蔽刻蝕電荷存儲層形成納米點。申請號為200410056605.9的中國發明專利提供了一種具納米晶體或納米點之存儲單元，硅、鍺納米晶通過離子注入形成。

申請號為200480015225.9的中國發明專利及申請號為20040256662的美國發明專利分別提供了一種具有包括半導體納米晶體的浮柵的非易失存儲器件，以多孔自組裝材料如聚苯乙烯(PS)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)等作為模板來限定，在孔內淀積形成半導體納米晶體。申請號為2006046383的美國發明專利提供了一種采用Si納米晶浮柵的非揮發性存儲器的制作方法。申請號為2006166435的美國發明專利提供了一種合成Ge納米晶作為電荷存儲介質的可控制的氧化動力學方法，Ge納米晶通過氧化/退火SiGe層而形成。

申請號為2006046384的美國發明專利以及申請號為2006066896的日本發明專利分別提供了一種制作納米晶非揮發性存儲器的方法，采用原子層沉積(atomic?layer?deposition，ALD)方法生長納米晶。申請號為的6090666的美國發明專利及申請號為2004048062的日本發明專利提供了一種生成納米晶和制作納米晶半導體存儲器的方法，采用對非晶硅薄膜在He中退火的方法制備Si納米晶。申請號為5714766和5937295的美國發明專利提供了一類主要采用Si、SiGe、Ge、SiC、GaAs、InAs等各種半導體納米晶作為存儲介質的存儲器件。

另外，申請號為2003152120的日本發明專利及申請號為541666B的中國臺灣地區發明專利分別提出了一種采用Ge納米晶作為浮柵的非揮發性存儲器及其制作方法，通過共濺射Ge和SiO₂并快速退火形成Ge納米晶。申請號為2000049310的日本發明專利提供了一種Si納米晶非揮發性存儲器的制作方法，對絕緣隧穿介質/非晶硅薄膜/氧化物薄膜進行退火或氧化形成多晶硅，去掉氧化層后進行刻蝕，形成Si納米晶。