一种高介电系数复合氧化物电荷俘获介质薄膜，其化学组分是两种或两种以上高介电系数氧化物的混合物；复合氧化物薄膜呈非晶状态；复合氧化物薄膜的化学组分用化学式(AOm)x(BOn)1-x来表示，其中0.001≤x≤0.999，m、n由元素A、B的化学价态确定，A、B是+1价、+2价、+3价、+4价、+5价或+6价的金属离子；如Ta2O5、TiO2、Al2O3、ZrO2、La2O3、HfO2。利用具有不同配位数的高介电系数金属氧化物间形成的高缺陷态密度来提高电荷俘获介质的电荷存储密度，有利于电荷俘获型半导体存储器件的进一步小型化。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于微电子
，具体涉及应用于基于电荷俘获和释放机理的可快速读写的高密度非易失性电荷俘获存储器用电荷俘获介质(AOni)x(BOn)1 x复合氧化物薄膜和制备方法及应用。
技术介绍
目前微电子行业的存储器分为易失性和非易失性两种。易失性存储器一般应用于计算机系统内部，断电时不能保存数据。而非易失性存储器断电后仍能保持存储能力，所以得到更广泛的应用，如移动终端、数码设备等。闪存(Flash)是非易失型存储技术中的一种，而在闪存技术基础上演化而来的电荷俘获型(charge-trapping)存储技术已经获得了广泛的应用，SONOS (Silicon-oxide-nitride-oxide-silicon)型存储结构是电荷俘获型存储器件中被最为广泛研究的一种。目前半导体集成电路技术已经进入14纳米技术代，器件结构也已经进入3维(3D)结构时代，以克服器件小型化带来的诸多技术挑战。其中的挑战之一就是随着器件的进一步小型化，在电荷存储介质中所存储的电荷数目持续下降，以至于统计涨落特征使得器件的工作状态无法分辨。本专利技术提出一种新型高介电系数复合氧化物电荷存储介质，它具有更高的电荷存储密度，而且还可以有效提高存储器件的编程及擦除(programming及erasing)速度，并提高器件的数据保持能力，有效克服传统的S0N0S(Silicon-oxide-nitride-oxide-silicon)型电荷存储器件的缺陷。
技术实现思路
本专利技术的目的在于，提供一种应用于基于电荷俘获和释放机理的可快速读写的高密度非易失性电荷俘获存储器用电荷俘获介质的高_k复合氧化物薄膜、制备方法及应用。本专利技术的技术方案是，一种高介电系数复合氧化物电荷俘获介质薄膜，其化学组分是两种或两种以上高介电系数氧化物的混合物；复合氧化物薄膜呈非晶状态；复合氧化物薄膜的化学组分用化学式(AOni)x(BOn)1 x来表示，其中0.001 ^ 0.999，m、n由元素A、B的化学价态确定，A、B是+1价、+2价、+3价、+4价、+5价或+6价的金属离子40?、80?在如下氧化物中选择:Ta205、T12, A1203、ZrO2, La2O3, HfO20两种高介电系数氧化物中A的配位数与B的配位数相异，两种高介电系数氧化物的混合物:(Ta2O5) 0.5 (T12) 0.5、(T12) 0.5 (Al2O3) 0.5、(ZrO2)a9(La2O3)an (HfO2)a 7 (Ta2O5) 0.3、(Ta2。5) ο.6 (AI2O3) ο.4、(HfO2)。.4 (Al2O3)。.6、(ZrO2)a3(Al2O3)a7' (ZrO2)ai(Ta2O5)a90其中A、或B是两种或两种以上具有同种化学价态的金属阳离子的组合，具有同样的配位数，如(ZrO2)a5(T12)。.5、(T12)a5(HfO2)a5' (ZrO2)0.8(HfO2)0.20复合氧化物薄膜包含三种高介电系数氧化物，化学组分用化学式(AOni)x(BOn)y (COp)! χ沐表示，m、η、ρ由元素A、B、C的化学价态确定，A、B、C是+1价、+2价、+3价、+4价、+5价或+6价的金属离子；三种高介电系数氧化物中A、B及C的配位数相异，如(Ta2O5)ο.4(HfO2)0.3(Al2O3)0.3、(ZrO2)0.2(T12)0.5(Al2O3)0.3。其中A、或B、或C是两种或两种以上具有同种化学价态的金属阳离子的组合，具有同样的配位数，如(ZrO2) α3 (HfO2) 0.2 (T12) 0.50—种高介电系数复合氧化物电荷俘获介质薄膜的制备方法，使用磁控溅射方法、脉冲激光沉积方法、或物理蒸发沉积方法；或使用包括原子层沉积方法(ALD)、金属有机物化学气相沉积方法(MOCVD)的化学沉积方法，高介电系数复合氧化物电荷存储介质层的厚度在0.5nm?20nm之间。所述的高介电系数复合氧化物电荷俘获介质薄膜应用于半导体存储结构，存储结构包含衬底层(沟道层)、隧穿层、高介电系数复合氧化物电荷存储介质层、阻挡层及栅电极。衬底层材料是P-型掺杂的单晶S1、Ge、GaAs, GaN, SiC或金刚石(C)等半导体材料；或者衬底层材料是η-型掺杂的单晶S1、Ge、GaAs, GaN, SiC或金刚石(C)等半导体材料；隧穿层为一薄层的氧化物或氮化物绝缘体薄膜，或者是其它的绝缘的薄膜，绝缘层薄膜与衬底间的界面层有较低的电子态密度；阻挡层为一薄层的氧化物或氮化物绝缘体薄膜，或者是其它的绝缘薄膜；栅电极层的材质包括金属、导电氮化物或导电氧化物材料等；为了降低绝缘层薄膜与衬底间的电子态密度，绝缘层薄膜还可以为两层或两层以上的复合薄膜。遂穿层薄膜的厚度在Inm?4nm之间；高介电系数复合氧化物电荷存储介质层的厚度在0.5nm?20nm之间；阻挡层的厚度在5nm?20nm之间。复合氧化物薄膜中各组分高介电系数氧化物中的金属阳离子的化学价态不一样；将各组分高介电系数氧化物中的金属阳离子的化学价态设置不一样的目的是为了在混合后在不同组分的氧化物的表面或界面处形成缺陷态；缺陷态的数量可以用下述的缺陷态密度来表示；根据固体物理的阐述，晶体材料具有严格的周期性。理想的晶体材料其内部没有缺陷，因此缺陷态密度为零。晶体表面是周期性结构中断的地方，因此表面存在悬挂键，意味着表面处原子有未成键的电子。这部分电子的状态与晶体内部的原子周围的电子有所区另IJ，会形成另外的一种电子状态，我们可以称之为“缺陷态”。另根据固体物理的阐述，半导体或绝缘体材料中电子的状态之间存在未被填充的能量状态，这种状态的分布区域在半导体物理学中被称之为能量间隙，简称为“带隙”。上述缺陷态就分布在晶体材料的带隙之中。上述晶体材料的非晶态薄膜材料其能带结构与其晶体材料的主要特征大体类似。根据这一物理学原理，如果不同的晶体材料混合在一起，两种不同晶体材料表面的电子的状态差别更大，有利于形成显著地区别于各自材料中的电子的能量状态。因此，上述高介电系数复合氧化物电荷存储介质中，两种介质中金属离子的配位数区别越大，所产生的电子状态与原有电子的状态就区别越大，“缺陷态”密度就越高。本专利技术的有益效果:提出一种高介电系数复合氧化物材料作为电子存储材料，就是利用高介电系数复合氧化物介质的高电子态密度来实现高密度存储，有利于半导体电荷俘获型存储器件的进一步小型化。应用于基于电荷俘获和释放机理的可快速读写的高密度非易失性电荷俘获型存储器，用高介电系数复合氧化物电荷俘获介质薄膜应用。【附图说明】图1:一种基于高介电系数复合氧化物电荷存储介质的电荷俘获型存储结构的结构示意:I为半导体衬底；2为绝缘体隧穿层；3为高介电系数复合氧化物电荷存储介质薄膜；4为绝缘体阻挡层；5为栅电极；6为衬底电极；图2:基于高介电系数复合氧化物电荷存储介质(Ta2O5)a5 (T12)a5的存储结构的电压-电容响应曲线；图3:基于高介电系数复合氧化物电荷存储介质(Ta2O5)a5 (T12)a5的存储结构的保持特性曲线；图4:基于高介电系数复合氧化物电荷存储介质(Ta2O5)a5 (T12)a5的存储结构的疲劳特性曲线；图5:基于高介电系数复合氧化物电荷存储介质(Ta本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种高介电系数复合氧化物电荷俘获介质薄膜，其特征在于，其化学组分是两种或两种以上高介电系数氧化物的混合物；复合氧化物薄膜呈非晶状态；复合氧化物薄膜的化学组分用化学式(AOm)x(BOn)1‑x来表示，其中0.001≤x≤0.999，m、n由元素A、B的化学价态确定，A、B是+1价、+2价、+3价、+4价、+5价或+6价的金属离子；AOm、BOn 在如下氧化物中选择：Ta2O5、TiO2、Al2O3、ZrO2、La2O3、HfO2。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：魏春阳，殷江，徐波，夏奕东，刘治国，
申请(专利权)人：南京大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32
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