电荷俘获型非挥发存储器及其制备方法技术

本发明专利技术涉及微电子制造及存储器技术领域，公开了一种电荷俘获型非挥发存储器及其制备方法，该存储器包括：衬底；形成于衬底的沟道之上的隧穿介质层；形成于隧穿介质层之上的电荷存储层；形成于电荷存储层之上的阻挡层；形成于阻挡层之上的控制栅；以及在衬底的沟道两侧掺杂形成的源漏。利用本发明专利技术，通过引入原子掺杂形成多元氧化物电荷存储层，实现了电荷俘获型存储器件编程效率、保持特性等器件性能的优化。同时，本发明专利技术电荷俘获型存储器制备工艺与传统的硅平面CMOS工艺兼容，利于广泛应用。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及微电子制造及存储器
，尤其涉及一种采用多元氧化物作为电荷存储材料的。
技术介绍
非挥发存储器的主要特点是在不加电的情况下也能够长期保持存储的信息，它既有ROM的特点，又有很高的存储速度。随着移动通信、多媒体应用等对大容量、高速度、低功耗存储的需要，非挥发性存储器，特别是闪速存储器FLASH，所占半导体器件的市场份额变得越来越大，也越来越成为一种相当重要的存储器类型。当前市场上的非挥发性存储器以闪存FLASH为主，但是传统闪存器件存在操作电压过大、操作速度慢、耐久力不够好以及由于在器件缩小化过程中过薄的隧穿氧化层将导 致信息保持时间不够长等缺点。理想的非挥发性存储器应具备操作电压低、结构简单、非破坏性读取、操作速度快、信息保持时间长、器件面积小、耐受性好等条件。目前已经对许多新型材料和器件进行了研究，以达到上述目标，电荷俘获存储器越来越受到广泛的关注。传统的浮栅型非挥发性存储器是采用多晶硅浮栅结构的非挥发存储器，其存在浮栅耦合和漏电问题。器件隧穿介质层上的一个缺陷就会形成致命的漏电通道使得器件失效。然而，电荷俘获型非挥发存储器利用存储层中电荷局域化存储的特性，实现了电荷分立存储，隧穿介质层上的一个缺陷只会造成电荷的局部泄露，使得电荷保持特性得以提高，而且其工艺与传统的硅平面CMOS工艺兼容。传统的电荷俘获型非挥发存储器，其操作原理如图I所示。该电荷俘获型非挥发存储器是采用二元氧化物作为电荷存储材料，该二元氧化物多选取高缺陷密度介质材料如HfO2等，导致该电荷俘获型非挥发存储器仍然存在着与传统SiN存储层同样的不足，例如操作速度慢、保持特性不佳等。因而对存储材料的优化成为了一个研究的热点。
技术实现思路
(一 )要解决的技术问题针对上述现有采用二元氧化物作为电荷存储层材料的电荷俘获型非挥发存储器存在的不足，本专利技术的主要目的在于提供一种非挥发性存储器及其制备方法，以实现电荷俘获型存储器件编程效率、保持特性等器件性能的优化。( 二 )技术方案为达到上述目的，本专利技术提供了一种电荷俘获型非挥发存储器，该存储器包括衬底101 ;形成于衬底101的沟道之上的隧穿介质层102 ;形成于隧穿介质层102之上的电荷存储层103 ;形成于电荷存储层103之上的阻挡层104 ;形成于阻挡层104之上的控制栅105 ;以及在衬底101的沟道两侧掺杂形成的源漏106。上述方案中，所述衬底101为硅片或锗硅片。所述隧穿介质层102、电荷存储层103和阻挡层104构成栅结构，该栅结构采用SONOS结构、MANOS结构或TANOS结构。所述隧穿介质层102采用SiO2 ;所述阻挡层104采用SiO2或高介电常数材料Al2O315所述电荷存储层103采用多元氧化物作为电荷存储材料。所述多元氧化物是通过不同工艺掺杂二元氧化物形成的，包括三元氧化物HfSi0、HfA10及ZrSiO，或四元氧化物InGaZnO。为达到上述目的，本专利技术还提供了一种电荷俘获型非挥发存储器的制备方法，该方法包括选择衬底；在该衬底上采用热氧化法形成隧穿介质层；在该隧穿介质层上溅射形成多元氧化物薄膜，该多元氧化物薄膜作为电荷存储层；在该多元氧化物薄膜上采用原子层淀积工艺形成阻挡层；在阻挡层上电子束蒸发方法制备控制栅电极。上述方案中，所述衬底采用p型Si。所述隧穿介质层采用SiO2隧穿介质层，所述多元氧化物薄膜采用HfSiO薄膜，所述阻挡层采用Al2O3阻挡层。所述控制栅电极采用的电极材料为Al。 (三)有益效果从上述技术方案可以看出，本专利技术具有以下有益效果I、本专利技术提供的提供非挥发性存储器及其制备方法，通过引入原子掺杂形成多元氧化物电荷存储层，实现了电荷俘获型存储器件编程效率、保持特性等器件性能的优化。2、本专利技术提供的提供非挥发性存储器及其制备方法，采用多元氧化物电荷俘获层机构，增大陷阱深度密度，优化俘获层中的电荷存储，大大提高了电荷俘获型存储器的编程速度，提高编程效率，同时提高器件的电荷保持特性，有利于器件的高可靠性运行。3、本专利技术提供的提供非挥发性存储器及其制备方法，电荷俘获型存储器制备工艺与传统的硅平面CMOS工艺兼容，利于广泛应用。附图说明图I为传统的电荷俘获型非挥发存储器的操作原理示意图；图2为依照本专利技术实施例采用多元氧化物作为电荷存储材料的电荷俘获型非挥发存储器的结构示意图；图3为依照本专利技术实施例采用多元氧化物作为电荷存储材料的电荷俘获型存储器与采用二元氧化物作为电荷存储材料的电荷俘获型存储器编程效率测试结果对比示意图；图4为依照本专利技术实施例采用多元氧化物作为电荷存储材料的电荷俘获型存储器与采用二元氧化物作为电荷存储材料的电荷俘获型存储器在室温下数据保持性能测试结果对比示意图。具体实施例方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本专利技术进一步详细说明。图2为依照本专利技术实施例采用多元氧化物作为电荷存储材料的电荷俘获型非挥发存储器的结构示意图。在图2中，101表示衬底，102表示隧穿介质层，103表示电荷存储层，104表不阻挡层，105表不控制栅，106表不源漏。图2所示本专利技术实施例的电荷俘获型非挥发存储器，与传统的电荷俘获型非挥发存储器在结构上是相同的，仅在电荷存储层采用的材料有所不同。其中，传统的电荷俘获型非挥发存储器电荷存储层采用二元氧化物作为电荷存储材料，如HfO2等，而本专利技术实施例的电荷俘获型非挥发存储器电荷存储层采用多元氧化物作为电荷存储材料。该多元氧化物可通过不同工艺掺杂二元氧化物形成，如三元或四元氧化物，即HfSiO、HfAlO, ZrSiO,InGaZnO等，其厚度可根据所用材料不同调整。为了提高电荷存储层的存储能力，还可以引入原子掺杂到传统的高介电常数材料中，提高陷阱密度深度，同时提高退火结晶温度，优化了其保持特性，掺入原子的比例可根据情况调整。图2所示的依照本专利技术实施例的电荷俘获型非挥发存储器，包括衬底101，形成于衬底101的沟道之上的隧穿介质层102，形成于隧穿介质层102之上的电荷存储层103，形成于电荷存储层103之上的阻挡层104，形成于阻挡层104之上的控制栅105，以及在衬底101的沟道两侧掺杂形成的源漏106。其中，衬底101为硅片、锗硅片或其它类似半导体材料。隧穿介质层102、电荷存储层103和阻挡层104构成栅结构，该栅结构可以采用类似传统的电荷俘获型存储器结构，如SONOS结构、MANOS结构、TANOS结构等。其中隧穿层采用SiO2 ;阻挡层可采用SiO2或高介电常数材料，如Al2O3,或其它具有类似性质的材料；电荷存储层采用多元氧化物作为电·荷存储材料。该多元氧化物可通过不同工艺掺杂二元氧化物形成，如三元或四元氧化物，即HfSiO, HfAlO, ZrSiO, InGaZnO等。各薄层厚度可根据所用材料作不同调整。基于图2所示的依照本专利技术实施例的电荷俘获型非挥发存储器，本专利技术实施例还提供了制备该多元氧化物存储层电荷俘获型存储器的方法，该方法包括选择P型Si作为衬底；在该P型Si衬底上采用热氧化法形成SiO2隧穿介质层；在该SiO2隧穿介质层上溅射掺杂Si的HfO2形成多元氧化物HfSiO薄膜，该多元氧化物HfSiO薄膜作为电荷存储层；在该多元氧化物本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电荷俘获型非挥发存储器，其特征在于，该存储器包括：衬底(101)；形成于衬底(101)的沟道之上的隧穿介质层(102)；形成于隧穿介质层(102)之上的电荷存储层(103)；形成于电荷存储层(103)之上的阻挡层(104)；形成于阻挡层(104)之上的控制栅(105)；以及在衬底(101)的沟道两侧掺杂形成的源漏(106)。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：刘明，郑志威，霍宗亮，谢常青，张满红，刘璟，
申请(专利权)人：中国科学院微电子研究所，
类型：发明
国别省市：