一种电子束蒸发制备电荷陷阱存储器件的方法技术

本发明专利技术公开了一种电子束蒸发制备电荷陷阱存储器件的方法，利用电子束蒸发沉积系统在硅衬底表面顺序蒸镀隧穿层、存储层、阻挡层和上电极，然后将沉积了薄膜的样品翻转，在硅衬底背面沉积下电极，形成电荷陷阱存储器件。该方法操作简单，薄膜质量高，厚度可控。

【技术实现步骤摘要】
一种电子束蒸发制备电荷陷阱存储器件的方法
本专利技术属微电子器件及其材料领域，涉及一种电子束蒸发制备电荷陷阱存储器件的方法。
技术介绍
随着社会的进步，信息存储越来越受到重视。非易失性存储器件具有存储密度高、数据保持时间长等特点，逐渐成为行业研究人员关注的重点。在众多非易失性存储器件候选结构中，硅-氧化物-氮化物-氧化物-多晶硅(SONOS)型电荷陷阱存储器件便是一种极具发展前景的存储结构，其中紧接着硅(Si)的氧化物(SiO2)作为隧穿层，氮化物(Si3N4)作为存储层，紧挨着多晶硅电极的氧化物(SiO2)作为阻挡层。传统的SONOS型电荷陷阱存储器件通常使用化学气相沉积和溅射的方法制备，但对于SiO2、ZrO2和Al2O3等高熔点的金属氧化物，气相沉积和溅射制备方法尚有不足，而电子束蒸发制备氧化物薄膜具有速度快、薄膜质量高、厚度可控等优点。从提高器件制备速度和提高薄膜质量方面考虑，我们专利技术了一种电子束蒸发制备电荷陷阱存储器件的方法。借助电子束蒸发沉积系统，在硅(Si)衬底上顺序蒸镀隧穿层(SiO2)、金属氧化物存储层、阻挡层(SiO2)和金属铝电极，制备过程操作简单，薄膜质量高，厚度可控。
技术实现思路
本专利技术提供了一种电子束蒸发制备电荷陷阱存储器件的方法，操作简单。所述电子束蒸发制备电荷陷阱存储器件的方法过程如下：a)利用氢氟酸清洗硅(Si)衬底，去除Si表面的氧化物，然后将Si衬底放置在电子束蒸发沉积系统的衬底台上，将蒸发材料N置于坩埚中，N可在SiO2和Al2O3中任选一种，加热衬底至200℃，蒸镀过程中保持腔体内的压强为1×10-2Pa；b)利用电子束蒸发沉积系统在Si衬底表面蒸镀一层3nm的N作为隧穿层，蒸镀速度控制为10nm/min，如图1(a)所示；c)更换坩埚，将ZrO2蒸发材料置于坩埚中，然后利用电子束蒸发沉积系统在隧穿层N表面蒸镀一层ZrO2薄膜作为存储层，厚度在5nm至10nm范围内取值，蒸镀速度控制为10nm/min，蒸镀过程中保持腔体内的压强为1×10-2Pa，如图1(b)所示；d)更换坩埚，将蒸发材料N置于坩埚中，N可在SiO2和Al2O3中任选一种，然后利用电子束蒸发沉积系统在ZrO2存储层表面蒸镀一层N薄膜作为阻挡层，厚度在10nm至20nm范围内取值，确保阻挡层与隧穿层为同一种物质，蒸镀速度控制为10nm/min，蒸镀过程中保持腔体内的压强为1×10-2Pa，如图1(c)所示；e)更换坩埚，将金属M蒸发材料置于坩埚中，然后利用电子束蒸发沉积系统在N阻挡层表面蒸镀一层金属M作为上电极，电极厚度在100nm至200nm范围内取值，M可在铝(Al)、铂(Pt)、金(Au)中任选一种，蒸镀速度控制为10nm/min，蒸镀过程中保持腔体内的压强为1×10-2Pa，如图1(d)所示；f)将衬底台上蒸镀了薄膜的样品翻转，利用电子束蒸发沉积系统在Si衬底背面蒸镀一层金属M作为下电极，电极厚度在100nm至200nm范围内取值，M可在铝(Al)、铂(Pt)、金(Au)中任选一种，确保上电极和下电极为同一种物质，蒸镀速度控制为10nm/min，蒸镀过程中保持腔体内的压强为1×10-2Pa，如图1(e)所示；g)利用电子束蒸发沉积系统制备的电荷陷阱存储器件的结构如图2所示。附图说明图1：电子束蒸发制备电荷陷阱存储器件的方法(a)利用电子束蒸发蒸镀N隧穿层；(b)利用电子束蒸发蒸镀ZrO2存储层；(c)利用电子束蒸发蒸镀N阻挡层；(d)利用电子束蒸发在阻挡层表面蒸镀上电极；(e)利用电子束蒸发在硅衬底背面蒸镀下电极。图2：电子束蒸发沉积系统制备的电荷陷阱存储器件的结构示意图。具体实施方式实施例1：电子束蒸发制备电荷陷阱存储器件的制备过程如下：(隧穿层和阻挡层均为SiO2)a)利用氢氟酸清洗Si衬底，去除Si表面的氧化物，然后将Si衬底放置在电子束蒸发沉积系统的衬底台上，将SiO2蒸发材料置于坩埚中，加热衬底至200℃，蒸镀过程中保持腔体内的压强为1×10-2Pa；b)利用电子束蒸发沉积系统在Si衬底表面蒸镀一层3nm的SiO2作为隧穿层，蒸镀速度控制为10nm/min；c)更换坩埚，将ZrO2蒸发材料置于坩埚中，然后利用电子束蒸发沉积系统在SiO2隧穿层表面蒸镀一层10nmZrO2薄膜作为存储层，蒸镀速度控制为10nm/min，蒸镀过程中保持腔体内的压强为1×10-2Pa；d)更换坩埚，将SiO2蒸发材料置于坩埚中，然后利用电子束蒸发沉积系统在ZrO2存储层表面蒸镀一层20nmSiO2薄膜作为阻挡层，蒸镀速度控制为10nm/min，蒸镀过程中保持腔体内的压强为1×10-2Pa；e)更换坩埚，将金属Al蒸发材料置于坩埚中，然后利用电子束蒸发沉积系统在SiO2阻挡层表面蒸镀一层100nm金属Al作为上电极，蒸镀速度控制为10nm/min，蒸镀过程中保持腔体内的压强为1×10-2Pa；f)将衬底台上蒸镀了薄膜的样品翻转，利用电子束蒸发沉积系统在Si衬底背面蒸镀一层100nm金属Al作为下电极，蒸镀速度控制为10nm/min，蒸镀过程中保持腔体内的压强为1×10-2Pa。实施例2：电子束蒸发制备电荷陷阱存储器件的制备过程如下：(隧穿层和阻挡层均为Al2O3)a)利用氢氟酸清洗Si衬底，去除Si表面的氧化物，然后将Si衬底放置在电子束蒸发沉积系统的衬底台上，将Al2O3蒸发材料置于坩埚中，加热衬底至200℃，蒸镀过程中保持腔体内的压强为1×10-2Pa；b)利用电子束蒸发沉积系统在Si衬底表面蒸镀一层3nm的Al2O3作为隧穿层，蒸镀速度控制为10nm/min；c)更换坩埚，将ZrO2蒸发材料置于坩埚中，然后利用电子束蒸发沉积系统在Al2O3隧穿层表面蒸镀一层10nmZrO2薄膜作为存储层，蒸镀速度控制为10nm/min，蒸镀过程中保持腔体内的压强为1×10-2Pa；d)更换坩埚，将Al2O3蒸发材料置于坩埚中，然后利用电子束蒸发沉积系统在ZrO2存储层表面蒸镀一层20nmAl2O3薄膜作为阻挡层，蒸镀速度控制为10nm/min，蒸镀过程中保持腔体内的压强为1×10-2Pa；e)更换坩埚，将金属Al蒸发材料置于坩埚中，然后利用电子束蒸发沉积系统在Al2O3阻挡层表面蒸镀一层100nm金属Al作为上电极，蒸镀速度控制为10nm/min，蒸镀过程中保持腔体内的压强为1×10-2Pa；f)将衬底台上蒸镀了薄膜的样品翻转，利用电子束蒸发沉积系统在Si衬底背面蒸镀一层100nm金属Al作为下电极，蒸镀速度控制为10nm/min，蒸镀过程中保持腔体内的压强为1×10-2Pa。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电子束蒸发制备电荷陷阱存储器件的方法，其特征在于具体步骤如下：a)利用氢氟酸清Si衬底，去除Si表面的氧化物，然后将Si衬底放置在电子束蒸发沉积系统的衬底台上，将蒸发材料N置于坩埚中，N可在SiO2和Al2O3中任选一种，加热衬底至200℃，蒸镀过程中保持腔体内的压强为1×10

【技术特征摘要】
1.一种电子束蒸发制备电荷陷阱存储器件的方法，其特征在于具体步骤如下：a)利用氢氟酸清Si衬底，去除Si表面的氧化物，然后将Si衬底放置在电子束蒸发沉积系统的衬底台上，将蒸发材料N置于坩埚中，N可在SiO2和Al2O3中任选一种，加热衬底至200℃，蒸镀过程中保持腔体内的压强为1×10-2Pa；b)利用电子束蒸发沉积系统在Si衬底表面蒸镀一层3nm的N作为隧穿层，蒸镀速度控制为10nm/min；c)更换坩埚，将ZrO2蒸发材料置于坩埚中，然后利用电子束蒸发沉积系统在隧穿层N表面蒸镀一层ZrO2薄膜作为存储层，厚度在5nm至10nm范围内取值，蒸镀速度控制为10nm/min，蒸镀过程中保持腔体内的压强为1×10-2Pa；d)更换坩埚，将蒸发材料N置于坩埚中，N可在SiO2和Al2O3中任选一种，然后利用电子束蒸发沉积系统在ZrO2存储层表面蒸镀一层N薄膜作为阻挡层，厚度在10nm至20nm范围内取值，确保阻挡层与隧穿层为同一种物质，蒸镀速度控制为10nm/min，蒸镀过程中保持腔体内的压强为1×10-2Pa；e)更换坩埚，将金属M蒸发材料置于坩埚中，然后利用电子束蒸发沉积系统在N阻挡层表面蒸镀一层金属M作为上电极，电极厚度在100nm至200nm范围内取值，...

【专利技术属性】
技术研发人员：汤振杰，李荣，胡丹，
申请(专利权)人：安阳师范学院，
类型：发明
国别省市：河南,41