[發明專利]一種基于應變硅的納米晶非揮發性存儲器及其制作方法

無效

• 申請號: 200910312884.3
• 申請日: 2009-12-31
• 公開（公告）號: CN102117812A
• 公開（公告）日: 2011-07-06
• 發明（設計）人: 王琴;楊瀟楠;劉明;王永
• 申請（專利權）人: 中國科學院微電子研究所
• 主分類號: H01L27/115
• 分類號: H01L27/115;H01L21/8247
• 代理公司: 北京市德權律師事務所 11302
• 代理人: 王建國

1.一種基于應變硅的納米晶非揮發性存儲器，其特征在于：包括硅襯底，淀積在硅襯底上的GeSi漸變摻雜緩沖層、Ge1-xSix舒緩層和應變硅層，位于硅襯底中兩側的輕摻雜漏極及源導電區和漏導電區，源導電區與漏導電區之間的載流子溝道上覆蓋的遂穿介質層，覆蓋在遂穿介質層上的納米晶電荷存儲層，覆蓋在納米晶電荷存儲層上的控制柵介質層，覆蓋在控制柵介質層上的柵電極材料層。

2.如權利要求1所述的基于應變硅的納米晶非揮發性存儲器，其特征在于：所述硅襯底為氮化物，摻雜氧化物，Al2O3，HfO2，ZrO2，HfSiO中的任意一種。

3.如權利要求1所述的基于應變硅的納米晶非揮發性存儲器，其特征在于：所述Ge1-xSix舒緩層包括p型摻雜的SiGe，該舒緩層在應變硅層中產生處于拉伸的應變，并且該舒緩層引發襯底處于拉伸狀態，處于拉伸的硅襯底結合舒緩層在平行于溝道的方向上提供處于拉伸的應變。

4.如權利要求1所述的基于應變硅的納米晶非揮發性存儲器，其特征在于：所述隧穿介質層的材料為SiO2，所述隧穿介質層的厚度為4nm～7nm。

5.如權利要求1所述的基于應變硅的納米晶非揮發性存儲器，其特征在于：所述納米晶電荷存儲層的材料為金屬納米晶、化合物納米晶、半導體納米晶或異質復合納米晶；所述納米晶的直徑為1nm～10nm，密度為1×1011/cm-2～1×1012/cm-2。

6.如權利要求5所述的基于應變硅的納米晶非揮發性存儲器，其特征在于：所述金屬納米晶的材料為金屬W、Al、Ni、Co、Cr、Pt、Ru、Sn、Ti、Au和Ag中的任意一種；所述化合物納米晶的材料為HfO2、WN、CdSe、CoSi2、NiSi、TaSi2、WSi2和HfSiOx中的任意一種；所述半導體納米晶的材料為硅、鍺和硫化鎘中的任意一種；所述異質復合納米晶的材料為Si/Ge、TiSi2/Si中的一種。

7.如權利要求1所述的基于應變硅的納米晶非揮發性存儲器，其特征在于：所述控制柵介質層的厚度為10nm。

8.如權利要求1所述的基于應變硅的納米晶非揮發性存儲器，其特征在于：所述柵電極材料層為多晶硅柵或金屬柵，所述多晶硅柵為N型摻雜多晶硅，所述金屬柵包括TaN、IrO2或金屬硅化物；所述多晶硅柵或者金屬柵的柵電極材料層的厚度為100nm。

9.一種基于應變硅的納米晶非揮發性存儲器的制作方法，其特征在于：該方法包括：

A、在硅襯底淀積GeSi漸變摻雜緩沖層、Ge1-xSix舒緩層、應變硅層；

B、在硅襯底上進行阱摻雜、防穿通摻雜、閾值電壓調節摻雜；

C、在硅襯底上生長隧穿介質層；

D、在隧穿介質層上生長納米晶作為納米晶電荷存儲層；

E、在納米晶電荷存儲層上沉積控制柵介質層；

F、在控制柵介質層上沉積柵電極材料層；

G、光刻，在柵電極材料層上的抗蝕劑中形成柵線條圖形；

H、以柵線條圖形為掩模刻蝕柵電極材料層、控制柵介質層、納米晶電荷存儲層及隧穿介質層，形成柵堆結構；

I、光刻、離子注入，在柵線條兩側硅襯底中形成輕摻雜漏極，以及源導電區和漏導電區，制作柵側墻；

J、通過濺射或者CVD淀積鎢和二氧化硅材料形成金屬間層，以化學機械平坦化CMP來磨平金屬間層，以光刻和刻蝕工藝來形成所需要的通孔CT；通過濺射或者CVD淀積鎢和二氧化硅材料形成金屬互聯層，以化學機械平坦化CMP來磨平金屬互聯層，以光刻和刻蝕工藝來形成所需要金屬互聯線；在這些完成以后測試、封裝。

10.如權利要求9所述的基于應變硅的納米晶非揮發性存儲器的制作方法，其特征在于：所述步驟A中在硅襯底淀積GeSi漸變摻雜緩沖層、Ge1-xSix舒緩層、應變硅層的方法為原子層沉積ALD、化學氣相淀積CVD。

11.如權利要求9所述的基于應變硅的納米晶非揮發性存儲器的制作方法，其特征在于：所述步驟A中的應變硅層為硼摻雜，劑量在10E12/cm2量級，摻雜能量在20kev量級，用來調節該器件的閾值電壓。

12.如權利要求9所述的基于應變硅的納米晶非揮發性存儲器的制作方法，其特征在于：所述步驟C中生長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。