[發(fā)明專利]一種納米晶存儲(chǔ)器及其制作方法

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201110335530.8
• 申請(qǐng)日: 2011-10-28
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103094355A
• 公開(kāi)（公告）日: 2013-05-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉明;王晨杰;霍宗亮;張滿紅;劉璟;謝常青
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院微電子研究所
• 主分類號(hào): H01L29/788
• 分類號(hào): H01L29/788;H01L29/51;H01L21/336
• 代理公司: 北京集佳知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11227
• 代理人: 逯長(zhǎng)明;王寶筠

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及微電子技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種納米晶存儲(chǔ)器及其制作方法。

背景技術(shù)

閃存存儲(chǔ)器是現(xiàn)在主流的存儲(chǔ)技術(shù)，能夠隨時(shí)擦除和重寫數(shù)據(jù)信息，并且在電路斷電的情況下保持存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)信息，即既具有隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM)的優(yōu)勢(shì)，又具有只讀存儲(chǔ)器(ROM)的特點(diǎn)，因此閃存存儲(chǔ)器又被稱為一種非揮發(fā)存儲(chǔ)器。

傳統(tǒng)的閃存存儲(chǔ)器被稱為浮柵型電荷俘獲存儲(chǔ)器，這種浮柵型電荷俘獲存儲(chǔ)器采用特殊的浮柵場(chǎng)效應(yīng)管作為存儲(chǔ)單元，其結(jié)構(gòu)與普通場(chǎng)效應(yīng)管不同。浮柵型電荷俘獲存儲(chǔ)器具有兩個(gè)柵極，一個(gè)如普通場(chǎng)效應(yīng)管柵極一樣，用導(dǎo)線引出，稱為“選擇柵”；另一個(gè)柵極則處于二氧化硅的包圍之中不與任何部分相連，稱為“浮柵”。

通常情況下，浮柵型電荷俘獲存儲(chǔ)器的浮柵不帶電荷，場(chǎng)效應(yīng)管處于不導(dǎo)通狀態(tài)，場(chǎng)效應(yīng)管的漏極電平為高，則表示數(shù)據(jù)1。編程時(shí)，場(chǎng)效應(yīng)管的漏極和選擇柵上都加上較高的編程電壓，源極則接地。這樣大量電子從源極流向漏極，形成相當(dāng)大的電流，產(chǎn)生大量熱電子，并從襯底的二氧化硅層俘獲電子，由于電子的密度大，有的電子到達(dá)了襯底與浮柵之間的二氧化硅隧穿層，這時(shí)由于選擇柵加有高電壓，在電場(chǎng)作用下，這些電子又通過(guò)二氧化硅層到達(dá)浮柵，并在浮柵上形成電子聚集。由于浮柵層的材料具有比較高的電子功函數(shù)，浮柵層與包裹它的二氧化硅構(gòu)成勢(shì)壘，限制了電荷的運(yùn)動(dòng)，使器件存儲(chǔ)了注入的電荷所帶來(lái)的數(shù)據(jù)信息，并且浮柵上的電子聚集即使在斷電的情況下，仍然會(huì)存留在浮柵上，所以信息能夠長(zhǎng)期保存(通常來(lái)說(shuō)，這個(gè)時(shí)間可達(dá)10年)。由于浮柵為負(fù)，所以選擇柵為正，在存儲(chǔ)器電路中，源極接地，相當(dāng)于場(chǎng)效應(yīng)管導(dǎo)通，漏極電平為低電平，即數(shù)據(jù)0被寫入。擦除時(shí)，源極加上較高的編程電壓，選擇柵接地，漏極開(kāi)路，根據(jù)隧道效應(yīng)和量子力學(xué)的原理，浮柵上的電子將穿過(guò)勢(shì)壘到達(dá)源極，浮柵上沒(méi)有電子，即信息被擦除。因此閃存存儲(chǔ)器的電荷存儲(chǔ)層為嵌入硅基氧化物中的浮柵層，浮柵存儲(chǔ)器通過(guò)特定的電荷寫入和擦除方式，使電荷從溝道通過(guò)硅基氧化層注入浮柵層中。

采用常規(guī)材料的閃存存儲(chǔ)器的電荷存儲(chǔ)層是空間連續(xù)分布的，電荷存儲(chǔ)層中束縛的電荷也是空間連續(xù)分布的，如果存儲(chǔ)器局部存在電荷泄露現(xiàn)象，會(huì)導(dǎo)致整個(gè)存儲(chǔ)器中電荷全部丟失，從而丟失所保存的信息，導(dǎo)致閃存存儲(chǔ)器的數(shù)據(jù)保持能力和可靠性不高。如果采用納米晶替代常規(guī)材料作為器件的電荷存儲(chǔ)層，由于束縛在納米晶中電荷的能量態(tài)在空間是離散分布的，使納米晶存儲(chǔ)層中存儲(chǔ)的電荷具有空間局域化的特點(diǎn)。當(dāng)采用納米晶的存儲(chǔ)器存在電荷泄露現(xiàn)象時(shí)，由于電荷不能在束縛它們的能量態(tài)之間連續(xù)跳躍，不會(huì)丟失全部的電荷，從而保護(hù)存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)信息不會(huì)全部丟失。納米晶存儲(chǔ)器作為浮柵存儲(chǔ)器，具有廣闊的應(yīng)用前景。

目前，納米晶存儲(chǔ)器主要應(yīng)用于通訊設(shè)備等的嵌入式存儲(chǔ)領(lǐng)域，由于數(shù)據(jù)通訊要求信息的高速存取和交換，要求納米晶存儲(chǔ)器具有較高的電荷存取速度。但是，現(xiàn)有納米晶存儲(chǔ)器為了保證數(shù)據(jù)保持能力和可靠性，通常存儲(chǔ)器的隧穿層的厚度較大，而較大厚度的隧穿層會(huì)造成納米晶存儲(chǔ)器的數(shù)據(jù)存取速度較慢。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供一種納米晶存儲(chǔ)器，解決現(xiàn)有存儲(chǔ)器的數(shù)據(jù)存取速度較慢的問(wèn)題。

為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提供一種納米晶存儲(chǔ)器，包括半導(dǎo)體襯底、位于襯底上的柵堆疊介質(zhì)層和位于柵堆疊介質(zhì)層上的柵極層，位于柵堆疊介質(zhì)層兩側(cè)襯底上的源漏區(qū)，所述柵堆疊介質(zhì)層包括：

位于半導(dǎo)體襯底上的電荷隧穿層；

位于電荷隧穿層上的介質(zhì)緩沖層，所述介質(zhì)緩沖層材料的介電常數(shù)高于所述電荷隧穿層材料的介電常數(shù)；

位于所述介質(zhì)緩沖層上的電荷存儲(chǔ)層，所述電荷存儲(chǔ)層采用納米晶材料；

位于所述電荷存儲(chǔ)層上的電荷阻擋層。

優(yōu)選地，所述柵堆疊介質(zhì)層還包括存儲(chǔ)區(qū)勢(shì)壘層，所述存儲(chǔ)區(qū)勢(shì)壘層位于所述介質(zhì)緩沖層和電荷存儲(chǔ)層之間。

其中，所述存儲(chǔ)區(qū)勢(shì)壘層的材料為硅基氧化物。

優(yōu)選地，所述介質(zhì)緩沖層的材料為鋁、鉿的二元氧化物或鋁、鉿氧化物的混合物。

優(yōu)選地，所述電荷存儲(chǔ)層采用氮化鈦納米晶或氮化鉭納米晶。

其中，所述電荷隧穿層采用硅基氧化物或硅基氮氧化物。

優(yōu)選地，所述電荷阻擋層的材料與介質(zhì)緩沖層的材料相同。

本發(fā)明還提供一種納米晶存儲(chǔ)器制作方法，包括步驟：

提供半導(dǎo)體襯底；

在所述襯底上制作電荷隧穿層；

在所述電荷隧穿層上制作介質(zhì)緩沖層，所述介質(zhì)緩沖層的材料介電常數(shù)高于所述電荷隧穿層的材料介電常數(shù)；

在所述介質(zhì)緩沖層上制作電荷存儲(chǔ)層；