[發明專利]一種電荷俘獲存儲器

無效

• 申請號: 201210117063.6
• 申請日: 2012-04-19
• 公開（公告）號: CN102683350A
• 公開（公告）日: 2012-09-19
• 發明（設計）人: 葉鋒;劉曉彥;杜剛;康晉鋒
• 申請（專利權）人: 北京大學
• 主分類號: H01L27/115
• 分類號: H01L27/115
• 代理公司: 北京路浩知識產權代理有限公司 11002
• 代理人: 王瑩

技術領域

本發明涉及非揮發存儲器技術領域，特別涉及一種多柵電荷俘獲存儲器。

背景技術

非揮發型存儲器具有存儲數據斷電后仍然不會丟失的特點，這種特性很好地適用于當代移動通訊，圖片存儲和計算機存儲部件等領域。一些非揮發型存儲器還具有高密度，大容量存儲能力，這更滿足了人們日常生活的信息處理等各種應用。

電荷俘獲存儲器(BE-SONOS型存儲器)具有硅、第一氧化層、第一氮化層、第二氧化層、第二氮化層、第三氧化層、硅結構，其中第一氧化層、第一氮化層、第二氧化層合稱為隧穿氧化層，所以可以等效認為電荷俘獲型非揮發性存儲器是由一層隧穿氧化層，一層氮化硅層和一層阻擋氧化層組成。電荷俘獲型非揮發性存儲器采用量子FN隧穿，直接隧穿，陷阱輔助隧穿等相關效應和熱載流子注入效應將電荷(電子或空穴)通過隧穿氧化層注入到氮化硅層，并被氮化硅層中的電荷陷阱俘獲，從而引起器件單元閾值電壓的改變，達到數據存儲的效果。

如圖1所示，目前電荷俘獲存儲器采用硅材料制作，雖然硅材料能滿足諸如高擊穿電壓和高容量等性能，但是隨著科技和實驗技術的發展，在材料選擇方面有著越來越大的空間，二氧化硅(SiO₂)變為氮化硅(Si₃N₄)介電材料，使得器件中泄露電流降低，容量增高；隨著集成電路的發展，器件的尺寸越來越小，由于硅材料在尺寸進一步縮小方面的障礙和給標準薄膜性能帶來的物理局限性，不得不使業界考慮尋找更高性能的可替代材料，隨著器件尺寸的縮小，產生了短溝道效應(The?Short?Channel?Effect)，這在一定程度上影響了半導體器件的正常工作，這是由于溝道長度減小到一定程度后，源極、漏極的耗盡區在整個溝道中所占的比重增大，柵下面的硅表面形成反型層所需的電荷量減小，因而閾值電壓減小。同時襯底內耗盡區沿溝道寬度側向展寬部分的電荷使閾值電壓增加。當溝道寬度減小到與耗盡層寬度同一量級時，閾值電壓增加變得十分顯著。短溝道器件閾值電壓對溝道長度的變化非常敏感

發明內容

(一)要解決的技術問題

本發明要解決的技術問題是提供一種電荷俘獲存儲器，可以使在多柵存儲器編程、擦除的時間縮短并且可以降低在編程時的電壓，提高信息保持時間。

(二)技術方案

本發明提供一種電荷俘獲存儲器，包括：襯底、源極、漏極、隧穿層、電荷俘獲層、阻擋層和包圍溝道的多柵極，所述襯底的兩端形成源級和漏極，形成于所述襯底之上的隧穿層將所述源極和漏極隔開，在所述隧穿層上面依次為電荷俘獲層、阻擋層和包圍溝道的多柵極，所述包圍溝道的多柵極依次包圍隧穿層、電荷俘獲層和阻擋層。

更好地，所述柵極材料包括：鉑、金、鋁化鈦合金、鈀、鋁所構成的組合物、金屬氮化物、金屬硼氮化物、金屬硅氮化物、金屬硅化物和金屬鋁氮化物中的至少一種。

更好地，所述電荷俘獲層材料包括：氧化鉭、二氧化鈦、鈦酸鋇，鈦酸鍶、二氧化鋯、鋯鈦酸鉛、二氧化鉿、氧化鋁、氧化釔、氧化鑭、富含氧的氧氮化硅、富含氮的氧氮化硅、氮化鋁、氮化硅、富含硅的氮化物、氧化鉿、氧化鈦、氮氧化鉿和硅酸鉿中的至少一種。

更好地，所述阻擋層材料為介電常數大于二氧化硅的介電常數的介電材料，其包括：硅的氧化物、鉿的氧化物、鋯的氧化物、硅的氮化物、鋁的氧化物、氮氧化鉿化合物、鋁酸鉿化合物、二氧化鈦，五氧化二鉭，氧化鋁，二氧化鈰，三氧化鎢，氧化釔中的至少一種。

更好地，所述二氧化硅的介電常數為3.9，所述阻擋氧化層介電常數至少為7。

更好地，所述阻擋層由鉿的氧化物形成，摻雜在所述阻擋層中的過渡金屬為鉭、釩、釕和鈮中的至少一種。

更好地，所述阻擋層由鋯的氧化物形成，摻雜在所述阻擋層中的過渡金屬為鎢、釕、鉬、鎳、鈮、釩、鈦和鋅中的至少一種。

更好地，所述隧穿層材料包括：三氧化二鋁、三氧化二鐠、二氧化鈦、二氧化硅、二氧化鉿、二氧化鋯、氮化硅、氮化鋁、氮化鉿中的至少一種。

更好地，所述隧穿層包括：依次形成的第一氧化層、氮化層和第二氧化層或者第一氮化層、氧化層和第二氮化層。

(三)有益效果

本發明提供的多柵電荷俘獲存儲器可以使在多柵存儲器編程、擦除的時間縮短并且可以降低在編程時的電壓，提高信息保持時間，更重要的是，隨著器件工藝的不但縮小而產生的短溝道效應，多柵存儲器器件能很好的克服這一點。同時，采用多柵的電荷俘獲存儲器后，由于柵極的控制能力增強，很好的降低了器件的工作電壓。

附圖說明