一种长纳米管3D NAND存储器及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种长纳米管3D NAND存储器及其制备方法，属于3D NAND闪存领域。该制备方法是在半导体衬底上沉积共源平面并在共源平面上制备AAO模板，以AAO模板作为长纳米管的模板，先通过化学修饰法在AAO模板的通孔内壁附着金属催化剂或活性基团，然后在AAO模板的通孔内壁沉积长纳米管；所述长纳米管为3D NAND存储器的沟道纳米管，或者为3D NAND存储器的芯壳型纳米线的外壳部分。本发明专利技术能够解决长纳米管难以在AAO模板的通孔中沉积的技术问题，有利于提高3D NAND存储器的堆叠高度。

A Long Nanotube 3D NAND Memory and Its Preparation Method

【技术实现步骤摘要】
一种长纳米管3DNAND存储器及其制备方法
本专利技术属于3DNAND闪存领域，更具体地，涉及一种长纳米管3DNAND存储器及其制备方法。
技术介绍
虽然20nm(或者更小)多晶硅浮栅非易失性存储阵列有着完善的制造技术，但为了进一步提高集成度、增大存储密度，往往需要继续减小平面存储阵列的特征尺寸(即浮栅晶体管栅极长度)，这对制备工艺(如光刻、沉积技术等)提出了更高的要求，现有的制作工艺难以支持平面存储阵列特征尺寸的继续减小。另一方面，进一步减小的特征尺寸也会使得存储器件中出现临近单元的相互串扰、浮栅存储电子数目过少等问题，影响存储器件的实际应用。三维垂直堆叠存储器件被视为是继续提高存储器件存储密度的有利途径之一。3DNAND(即与非型)存储串在2001年被首次公开(“NovelUltraHighDensityMemorywithaStacked-SurroundingGateTransistor(S-SGT)StructuredCell”,IEDMProc.(2001)33-36)，但是这种3DNAND存储串的有源区是通过包括重复形成侧墙隔离层和刻蚀衬底等工艺来制备的，对操作的要求严格、耗时且生长难度大，成本高。为了克服上述问题，现有技术提出了一种利用气相沉积法直接在AAO模板(多孔氧化铝模板)的通孔中沉积制备NAND串的纳米管的方法。但是，当纳米管较长时，需要的AAO模板的通孔也会相应变长，进而增大沉积难度。因此，亟需一种易于在AAO模板的通孔中沉积长纳米管的方法。
技术实现思路
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种制备长纳米管、3DNAND存储器的方法及存储器，其目的在于，通过金属盐溶液浸润AAO而后热解的方法，得到内壁附着催化金属纳米颗粒的AAO模板，然后后利用化学气相沉积在催化金属作用下在AAO模板通孔内取向生长沟道纳米管，由此解决长纳米管难以在AAO模板的通孔中沉积的技术问题。为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提供了一种长纳米管3DNAND存储器的制备方法，该方法是在半导体衬底上沉积共源平面并在共源平面上制备AAO模板，以AAO模板作为长纳米管的模板，先通过化学修饰法在AAO模板的通孔内壁附着金属催化剂或活性基团，然后在AAO模板的通孔内壁沉积长纳米管；所述长纳米管为3DNAND存储器的沟道纳米管，或者为3DNAND存储器的芯壳型纳米线的外壳部分。进一步地，该方法包括如下步骤：①在半导体衬底上沉积一层共源平面；②在所述共源平面上制备AAO模板，并使AAO模板内的通孔直接与共源平面连通；③通过金属催化剂对应的金属盐溶液浸润AAO模板，使AAO模板的通孔充满金属盐溶液；然后加热浸润了金属盐溶液的AAO模板，使金属盐溶液热解，得到内壁附着催化金属纳米颗粒的AAO模板；再利用化学气相沉积在金属催化剂的催化作用下在AAO模板通孔内壁生长沟道纳米管；④在沟道纳米管顶端沉积漏极电极；⑤去除AAO模板，去除沟道纳米管外表面的催化金属纳米颗粒；⑥在沟道纳米管表面径向由内到外依次沉积形成沟道绝缘层、电荷存储层和栅极绝缘层，得到NAND串阵列；⑦在NAND串阵列的间隙，沿NAND串的轴向在共源平面上沉积字线电极，直至达到预定层数；⑧在漏极电极顶端沉积位线。进一步地，所述金属催化剂为Fe、Co、Ni或Ru中的任意一种。进一步地，所述金属催化剂为Fe，所述金属盐溶液为二茂铁溶解于易挥发有机溶剂中得到，二茂铁浓度为0.005mol/L～0.007mol/L。进一步地，步骤③中，先将AAO模板浸润在0.006mol/L的二茂铁苯溶液中，使得AAO模板的通孔充满二茂铁苯溶液；然后取出AAO模板，待苯挥发后，二茂铁附着在AAO模板的通孔内壁上；再将带有二茂铁的AAO模板放入石英管中，通入氩气，在250℃～300℃之间加热使二茂铁分解，从而使铁纳米颗粒沉积在AAO模板的通孔内壁上。进一步地，步骤③中，二茂铁分解后，升温并稳定在700℃进行化学气相沉积，向石英管内通入氩气、氢气和碳源气体的混合气，充分反应后停止通氢气和碳源气体，在氩气保护氛围下冷却至室温，在AAO模板的通孔内壁沉积得到碳纳米管；以碳纳米管为模板，在所述碳纳米管内腔沉积Ni层，然后煅烧AAO模板，去除碳纳米管同时将Ni层氧化得到NiO纳米线，再利用化学气相沉积在NiO纳米线与AAO模板之间沉积Si层，最后去除NiO纳米线和AAO模板即得到沟道纳米管。进一步地，该方法包括以下步骤：①在半导体衬底上沉积一层共源平面；②在所述共源平面上制备AAO模板，并使AAO模板内的通孔直接与共源平面连通；③先对AAO模板进行硅烷化超声处理，在AAO模板的通孔内壁附着活性基团，再在AAO模板的通孔内沉积芯壳型纳米线的外壳部分，所述外壳部分为多层同轴纳米管结构，沿径向从外到内依次为栅极绝缘层、电荷存储层和沟道绝缘层；④在沟道绝缘层的管腔内沉积内芯部分，得到芯壳型纳米线，该芯壳型纳米线作为3DNAND存储器的半导体沟道；⑤在所述芯壳型纳米线顶端沉积漏极电极；⑥去除所述AAO模板，得到由芯壳型纳米线及其外壳部分组成的NAND串阵列；⑦在NAND串阵列的间隙，沿NAND串的轴向在共源平面上沉积字线电极，直至达到预定层数；⑧在漏极电极顶端沉积位线。进一步地，步骤③中，将AAO模板进行硅烷化超声处理不小于1min，然后在氮气保护下加热到100℃以上并保持预定时间，使硅烷的活性基团充分附着于AAO模板的通孔内壁上。进一步地，步骤④中，采用电化学沉积法沉积芯壳型纳米线，电流密度不大于0.3mA/cm2，沉积时间根据AAO模板的孔径大小确定，AAO模板的孔径越大，沉积时间越长，直至得到预定直径或厚度的芯壳型纳米线。为了实现上述目的，本专利技术还提供了一种按照前述任意一种方法制备得到的3DNAND存储器。总体而言，本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：1、本专利技术利用AAO模板作为3DNAND存储器的纳米管模板，通过化学修饰法在AAO模板的通孔内壁附着金属催化剂或活性基团，使得材料易于在AAO模板的通孔内壁沉积，避免材料优先堆积在通孔底部，从而得易于到长纳米管；而由于AAO模板的通孔取向限制，使得长纳米管能够直接沿AAO模板的通孔实现取向生长，从而得到长纳米管。2、本专利技术通过金属盐溶液浸润AAO而后热解的方法，得到内壁附着催化金属纳米颗粒的AAO模板，然后后利用化学气相沉积在催化金属作用下在AAO模板通孔内取向生长沟道纳米管，由此解决长纳米管难以在AAO模板的通孔中沉积的技术问题。3、本专利技术先在AAO模板的通孔中沉积碳纳米管，再以碳纳米管为模板沉积Ni层，然后煅烧去除碳纳米管同时将Ni层氧化得到NiO纳米线，再利用化学气相沉积在NiO纳米线与AAO模板之间沉积Si层，最后去除NiO纳米线即得到沟道纳米管，沟道纳米管的厚度更易于控制，并且可以避免直接煅烧除碳导致Si被氧化。4、本专利技术通过硅烷化处理AAO模板，使得AAO模板的通孔内壁表面附着活性基团，确保电化学沉积过程中外壳材料能够优先堆积在AAO模板的通孔内壁而非底部，从而得到管状的外壳部分，进而能够在外壳的官腔内沉积得到芯壳型纳米线，从而制成NAND串阵列。并且，该方法在制备NAND串阵列的过程中无需掩膜刻蚀本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种长纳米管3D NAND存储器的制备方法，其特征在于，在半导体衬底上沉积共源平面并在共源平面上制备AAO模板，以AAO模板作为长纳米管的模板，先通过化学修饰法在AAO模板的通孔内壁附着金属催化剂或活性基团，然后在AAO模板的通孔内壁沉积长纳米管；所述长纳米管为3D NAND存储器的沟道纳米管，或者为3D NAND存储器的芯壳型纳米线的外壳部分。

【技术特征摘要】
1.一种长纳米管3DNAND存储器的制备方法，其特征在于，在半导体衬底上沉积共源平面并在共源平面上制备AAO模板，以AAO模板作为长纳米管的模板，先通过化学修饰法在AAO模板的通孔内壁附着金属催化剂或活性基团，然后在AAO模板的通孔内壁沉积长纳米管；所述长纳米管为3DNAND存储器的沟道纳米管，或者为3DNAND存储器的芯壳型纳米线的外壳部分。2.如权利要求1所述的一种长纳米管3DNAND存储器的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：①在半导体衬底上沉积一层共源平面；②在所述共源平面上制备AAO模板，并使AAO模板内的通孔直接与共源平面连通；③通过金属催化剂对应的金属盐溶液浸润AAO模板，使AAO模板的通孔充满金属盐溶液；然后加热浸润了金属盐溶液的AAO模板，使金属盐溶液热解，得到内壁附着催化金属纳米颗粒的AAO模板；再利用化学气相沉积在金属催化剂的催化作用下在AAO模板通孔内壁生长沟道纳米管；④在沟道纳米管顶端沉积漏极电极；⑤去除AAO模板，去除沟道纳米管外表面的催化金属纳米颗粒；⑥在沟道纳米管表面径向由内到外依次沉积形成沟道绝缘层、电荷存储层和栅极绝缘层，得到NAND串阵列；⑦在NAND串阵列的间隙，沿NAND串的轴向在共源平面上沉积字线电极，直至达到预定层数；⑧在漏极电极顶端沉积位线。3.如权利要求1或2所述的一种长纳米管3DNAND存储器的制备方法，其特征在于，所述金属催化剂为Fe、Co、Ni或Ru中的任意一种。4.如权利要求3所述的一种长纳米管3DNAND存储器的制备方法，其特征在于，所述金属催化剂为Fe，所述金属盐溶液为二茂铁溶解于易挥发有机溶剂中得到，二茂铁浓度为0.005mol/L～0.007mol/L。5.如权利要求4所述的一种长纳米管3DNAND存储器的制备方法，其特征在于，步骤③中，先将AAO模板浸润在0.006mol/L的二茂铁苯溶液中，使得AAO模板的通孔充满二茂铁苯溶液；然后取出AAO模板，待苯挥发后，二茂铁附着在AAO模板的通孔内壁上；再将带有二茂铁的AAO模板放入石英管中，通入氩气，在250℃～300℃之间加热使二茂铁分解，从而使铁纳米颗粒沉积在AAO模板的通孔内壁...

【专利技术属性】
技术研发人员：缪向水，王升，童浩，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42