[發(fā)明專利]一種非揮發(fā)性半導(dǎo)體存儲器的通用制備方法

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• 申請日: 2021-03-10
• 公開（公告）號: CN113035882A
• 公開（公告）日: 2021-06-25
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 陳杰智;王菲
• 申請（專利權(quán)）人: 山東大學(xué)
• 主分類號: H01L27/11568
• 分類號: H01L27/11568
• 代理公司: 濟南金迪知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 37219
• 代理人: 陳桂玲

一種非揮發(fā)性半導(dǎo)體存儲器的通用制備方法，基于非揮發(fā)性半導(dǎo)體存儲器，在制備氮化硅電荷俘獲層的過程中進(jìn)行金屬摻雜，形成金屬摻雜氮化硅電荷俘獲層，有效地調(diào)控氮化硅俘獲層中的缺陷能級，從而簡單高效地減少了其中的淺能級缺陷，抑制了電荷的橫向擴散，同時也提高電荷存儲的密度，因而提高非揮發(fā)性半導(dǎo)體存儲器性能，并實現(xiàn)了非揮發(fā)性半導(dǎo)體存儲器的高可靠性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種用于制備非揮發(fā)性半導(dǎo)體存儲器的通用方法，通過抑制電荷的橫向擴散并提高電荷存儲的密度來提高非揮發(fā)性半導(dǎo)體存儲器的可靠性，屬于半導(dǎo)體存儲器技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

數(shù)字信息化時代的發(fā)展離不開數(shù)據(jù)的存儲，數(shù)據(jù)本身的快速增長使得數(shù)據(jù)存儲在物聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)時代尤為重要。存儲器性能的快速提升，為數(shù)據(jù)存儲提供了一個良好的契機。為了克服半導(dǎo)體工藝技術(shù)發(fā)展和器件物理尺寸極限帶來的困難，存儲器的結(jié)構(gòu)從傳統(tǒng)平面器件(參見圖1)轉(zhuǎn)變?yōu)槿S立體器件(參見圖2)，其中三維電荷俘獲型存儲器因高存儲密度、低成本等優(yōu)勢，成為非揮發(fā)性存儲器的主流。圖1給出了傳統(tǒng)平面存儲器結(jié)構(gòu)圖，包括控制柵(Poly-Si/金屬)，阻擋氧化層(SiO₂)，電荷俘獲層(Si₃N₄)，隧穿氧化層(SiO₂)等。圖2給出了三維電荷俘獲型存儲器陣列和單個器件的結(jié)構(gòu)，右側(cè)是橫截面圖，除了上述平面存儲器的之外，還包括多晶硅環(huán)形溝道層(Poly-Si)和氧化硅(SiO₂)。非揮發(fā)性存儲器雖然應(yīng)用廣泛且備受關(guān)注，但仍存在電荷損失影響其可靠性，具體的電荷損失機制如圖3所示，包括①Poole-Frenkel效應(yīng)，②橫向擴散和③垂直擴散引起的電荷損失。隨著器件尺寸的縮放以及存儲密度的提高，電荷損失更為嚴(yán)重，將來可能會成為非揮發(fā)性存儲器的一個亟待解決的關(guān)鍵問題。因此探究非揮發(fā)性存儲器可靠性的物理機制，尤其是如何提高非揮發(fā)性存儲器可靠性成為了集成電子領(lǐng)域一個重要的課題。

原子摻雜調(diào)控器件性能的方法已經(jīng)廣泛應(yīng)用于電子器件的各個領(lǐng)域，通過原子摻雜來改變材料帶隙，缺陷能級等，可以簡單，快速，高效地提升電子器件的性能。但是在非揮發(fā)性存儲器中，利用金屬原子摻雜氮化硅電荷俘獲層，來提高存儲器可靠性的研究還很欠缺。金屬原子摻雜的應(yīng)用，可能會為非揮發(fā)性存儲器的發(fā)展帶來新契機。在電荷俘獲型存儲器中，氮化硅材料作為電荷俘獲層，其中的缺陷通過俘獲電荷實現(xiàn)數(shù)據(jù)的存儲。但是存儲在淺能級缺陷中的電荷，極易在數(shù)據(jù)保持的過程中發(fā)生橫向電荷損失，從而導(dǎo)致非揮發(fā)性存儲器的可靠性大大降低。因此，如何減少淺能級缺陷的存在成為提高可靠性的關(guān)鍵點。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對淺能級缺陷導(dǎo)致電荷橫向擴散從而降低非揮發(fā)性半導(dǎo)體存儲器可靠性問題，提供一種非揮發(fā)性半導(dǎo)體存儲器的通用制備方法，該方法通過調(diào)控氮化硅電荷俘獲層中的缺陷，來減少淺能級缺陷的存在，從而抑制電荷的橫向損失，提高非揮發(fā)性半導(dǎo)體存儲器的可靠性。

本發(fā)明的非揮發(fā)性半導(dǎo)體存儲器的通用制備方法，采用以下技術(shù)方案：

基于非揮發(fā)性半導(dǎo)體存儲器，在制備氮化硅電荷俘獲層的過程中進(jìn)行金屬摻雜，形成金屬摻雜氮化硅電荷俘獲層，以有效地調(diào)控材料的缺陷能級，減少淺能級缺陷的產(chǎn)生，從而抑制電荷的橫向擴散，并提高電荷存儲的密度，提高非揮發(fā)性半導(dǎo)體存儲器性能，實現(xiàn)非揮發(fā)性半導(dǎo)體存儲器的高可靠性。

所述金屬摻雜，是在制備氮化硅電荷俘獲層時，通過蒸鍍或濺射的方法對氮化硅電荷俘獲層摻雜金屬原子。

所述金屬摻雜氮化硅電荷俘獲層，要求摻雜的缺陷代替原有的缺陷，摻雜量以摻雜后產(chǎn)生的缺陷能級適宜電子俘獲和擦除為準(zhǔn)。

所述金屬摻雜的摻雜源是Ti或Hf。所述金屬摻雜的摻雜濃度是在280個原子中超胞引入一個缺陷，過量或過少的摻雜并不能達(dá)到減少淺能級缺陷的目的。

所述調(diào)控材料的缺陷能級，是通過摻雜金屬原子，來改變原有的缺陷類型，形成適合電子俘獲和擦除的新缺陷，從而實現(xiàn)對缺陷能級的調(diào)控。