[發明專利]非平面金屬納米晶多位存儲器件的制備方法

有效

• 申請號: 201310383471.0
• 申請日: 2013-08-29
• 公開（公告）號: CN103413788A
• 公開（公告）日: 2013-11-27
• 發明（設計）人: 陳松巖;亓東鋒;劉翰輝;李成
• 申請（專利權）人: 廈門大學
• 主分類號: H01L21/8247
• 分類號: H01L21/8247;B82Y10/00
• 代理公司: 廈門南強之路專利事務所(普通合伙) 35200
• 代理人: 馬應森;戴深峻

技術領域

本發明涉及一種金屬納米晶存儲器，尤其是涉及一種非平面金屬納米晶多位存儲器件的制備方法。

背景技術

導體存儲器是微電子學的一個重要分支，它具有對信息進行存儲與處理的功能，廣泛地應用于各種微電子設備中，如：筆記本計算機、手機、閃存器、平板電腦等便攜式電子產品。隨著便攜式智能化電子產品的普及，市場對大容量數據存儲的需求與日俱增。在當代半導體存儲器領域中，非揮發性存儲器（NVM）扮演著越來越重要的角色。所謂非揮發存儲器，是指在失去外部供電的情況下仍能保持其所存儲數據的存儲器。自1967年貝爾實驗室（Bell?Lab)的D.Kahng和S.M.Sze提出基于浮柵結構（FG,Floating?Gate)的非揮發性半導體存儲器以來浮柵結構的概念就成為后來40多年半導體非易失性存儲器的發展主線（[1]D.Kahng?and?S.M.Sze,A?floating?gate?and?its?application?to?memory?devices,Bell?Systems?Technical?Journal.46,1288，1967），并被廣泛的應用于嵌入式存儲器當中。這種結構的存儲器在成本、存儲密度、功耗和熱穩定性上都有很大的優勢，并且性能不斷快速提升。

隨著非揮發存儲器進入20nm工藝節點，傳統的基于多品Si浮柵結構的存儲器在結構性能上遇到很多限制，對于傳統的浮柵結構的非易失性存儲器，進一步縮小其尺寸就會對存儲技術帶來嚴重的挑戰，因為器件的加工工藝不再是簡單的尺寸等比例縮小，己經到了一個極限。浮柵存儲器可縮小性受阻主要體現在以下兩個方面（[2]K.Kim,Technology?for?sub～50nm?DRAM?and?NAND?flash?manufacturing,IEDM?Tech.Dig.323～326，2005；[3]C.Y.Lu，K.Y.Hsieh?and?R.Liu,Future?challenges?of?flash?memory?technologies,Microelectron.Eng.86,283～286，2009；[4]A.Sikora,F.P.Pesl,W.linger,et?al..Technologies?and?reliability?of?modem?embedded?flash?cells,Microelectron.Reliab.46,1980～2005，2006）：第一，隧穿氧化層的厚度減薄己經達到極限，隧穿氧化層無法按照等比例縮小的原則繼續減薄，繼續減薄將增大器件的泄漏電流，當隧穿氧化層的厚度小于7nm時，存儲電荷的浮柵向襯底的電荷泄漏無法保證10年的數據存儲要求；第二，隨著尺寸減小，浮柵與控制柵之間的糊合系數不斷下降，陣列中存儲電元之間的距離越來越小，相鄰多品破浮柵之間的串擾越來越嚴重。由此導致的邏輯錯誤使得器件尺寸很難推進到20nm以下。接下來有人提出了多層存儲的概念。

基于多層納米結構的陷阱存儲原理的新一代電荷俘獲型存儲技術（CTM：Charge?Trapping?Memory）（[5]F.Masuoka,M.Assano,H.Iwahashi,A?new?Flash?EEPROM?cell?using?triple?polysilieon?technology,Technical?Digest?on?the?IEEE?International?Electron?Deviees?Meeting，464，1984），具有極少量電子操作、器件尺寸小、功耗低、可以實現多值存儲、易與CMOS工藝兼容等優點，特別是具有多值存儲狀態的CTM存儲器可以在同樣面積、同樣技術代下獲得存儲密度成倍的增長，從根本上解決了目前浮柵存儲器面臨的進一步尺寸縮小的瓶頸，被認為是下一代存儲器技術發展的重要方向。然而，對于多層納米晶存儲器，由于上層的納米晶體離溝道較遠，電荷直接隧穿回襯底相對困難；同時，由于庫侖阻塞效應和能級量子化效應，上下層納米晶之間電荷的隧穿被抑制，導致了工作電壓較大。

發明內容

本發明的目的在于引進非平面臺階狀溝道層結構，階梯控制氧化層柵壓技術，實現多位金屬納米晶存儲器，提供一種非平面金屬納米晶多位存儲器件的制備方法。

本發明包括以下步驟：

1）通過電子束光刻方法在Si襯底上刻蝕出凹槽陣列，形成非平面臺階狀的結構；

2）將刻蝕后的Si襯底經過標準清洗后，采用干法氧化方法，在非平面的Si襯底上氧化一層致密的SiO₂薄層作為存儲器的電子隧穿層；