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日期:2020-07-14 浏览:

专利名称:电荷俘获型非挥发存储器及其制备要领
技能规模
本发现涉及微电子制造及存储器技能规模,尤其涉及一种回收多元氧化物作为电荷存储质料的电荷俘获型非挥发存储器及其制备要领。
配景技能
非挥发存储器的主要特点是在不加电的情况下也可以或许恒久保持存储的信息,它既有ROM的特点,又有很高的存储速度。跟着移动通信、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,出格是闪速存储器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范例。当前市场上的非挥发性存储器以闪存FLASH为主,可是传统闪存器件存在操纵电压过大、操纵速度慢、经久力不足好以及由于在器件缩小化进程中过薄的隧穿氧化层将导 致信息保持时间不足长等缺点。抱负的非挥发性存储器应具备操纵电压低、布局简朴、非粉碎性读取、操纵速度快、信息保持时间长、器件面积小、耐受性好等条件。今朝已经对很多新型质料和器件举办了研究,以到达上述方针,电荷俘获存储器越来越受到遍及的存眷。传统的浮栅型非挥发性存储器是回收多晶硅浮栅布局的非挥发存储器,其存在浮栅耦合和泄电问题。器件隧穿介质层上的一个缺陷就会形成致命的泄电通道使得器件失效。然而,

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,电荷俘获型非挥发存储器操作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,并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,其操纵道理如图I所示。该电荷俘获型非挥发存储器是回收二元氧化物作为电荷存储质料,该二元氧化物多选取高缺陷密度介质质料如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存储层同样的不敷,譬喻操纵速度慢、保持特性不佳等。因而对存储质料的优化成为了一个研究的热点。

发现内容
(一 )要办理的技能问题针对上述现有回收二元氧化物作为电荷存储层质料的电荷俘获型非挥发存储器存在的不敷,本发现的主要目标在于提供一种非挥发性存储器及其制备要领,以实现电荷俘获型存储器件编程效率、保持特性等器件机能的优化。( 二 )技能方案为到达上述目标,本发现提供了一种电荷俘获型非挥发存储器,该存储器包罗衬底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之上的否决层104 ;形成于否决层104之上的节制栅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和否决层104组成栅布局,该栅布局回收SONOS布局、MANOS布局或TANOS布局。所述隧穿介质层102回收SiO2 ;所述否决层104回收SiO2或高介电常数质料Al2O315所述电荷存储层103回收多元氧化物作为电荷存储质料。所述多元氧化物是通过差异工艺掺杂二元氧化物形成的,包罗三元氧化物HfSi0、HfA10及ZrSiO,或四元氧化物InGaZnO。为到达上述目标,本发现还提供了一种电荷俘获型非挥发存储器的制备要领,该要领包罗选择衬底;在该衬底上回收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回收原子层淀积工艺形成否决层;在否决层上电子束蒸发要领制备节制栅电极。上述方案中,所述衬底回收p型Si。所述隧穿介质层回收SiO2隧穿介质层,所述多元氧化物薄膜回收HfSiO薄膜,所述否决层回收Al2O3否决层。所述节制栅电极回收的电极质料为Al。
(三)有益结果从上述技能方案可以看出,本发现具有以下有益结果I、本发现提供的提供非挥发性存储器及其制备要领,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、保持特性等器件机能的优化。2、本发现提供的提供非挥发性存储器及其制备要领,回收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,有利于器件的高靠得住性运行。3、本发现提供的提供非挥发性存储器及其制备要领,电荷俘获型存储器制备工艺与传统的硅平面CMOS工艺兼容,利于遍及应用。


图I为传统的电荷俘获型非挥发存储器的操纵道理示意图;图2为依照本发现实施例回收多元氧化物作为电荷存储质料的电荷俘获型非挥发存储器的布局示意图;图3为依照本发现实施例回收多元氧化物作为电荷存储质料的电荷俘获型存储器与回收二元氧化物作为电荷存储质料的电荷俘获型存储器编程效率测试功效比拟示意图;图4为依照本发现实施例回收多元氧化物作为电荷存储质料的电荷俘获型存储器与回收二元氧化物作为电荷存储质料的电荷俘获型存储器在室温下数据保持机能测试功效比拟示意图。
详细实施例方法为使本发现的目标、技能方案和利益越发清楚大白,以下团结详细实施例,并参照附图,对本发现进一步具体说明。图2为依照本发现实施例回收多元氧化物作为电荷存储质料的电荷俘获型非挥发存储器的布局示意图。在图2中,101暗示衬底,102暗示隧穿介质层,103暗示电荷存储层,104表不否决层,105表不节制栅,106表不源漏。图2所示本发现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布局上是沟通的,仅在电荷存储层回收的质料有所差异。个中,传统的电荷俘获型非挥发存储器电荷存储层回收二元氧化物作为电荷存储质料,如HfO2等,而本发现实施例的电荷俘获型非挥发存储器电荷存储层回收多元氧化物作为电荷存储质料。该多元氧化物可通过差异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,其厚度可按照所用质料差异调解。为了提高电荷存储层的存储本领,还可以引入原子掺杂到传统的高介电常数质料中,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,掺入原子的比例可按照情况调解。图2所示的依照本发现实施例的电荷俘获型非挥发存储器,包罗衬底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之上的否决层104,形成于否决层104之上的节制栅105,以及在衬底101的沟道两侧掺杂形成的源漏106。个中,衬底101为硅片、锗硅片或其它雷同半导体质料。隧穿介质层102、电荷存储层103和否决层104组成栅布局,该栅布局可以回收雷同传统的电荷俘获型存储器布局,如SONOS布局、MANOS布局、TANOS布局等。个中隧穿层回收SiO2 ;否决层可回收SiO2或高介电常数质料,如Al2O3,或其它具有雷同性质的质料;电荷存储层回收多元氧化物作为电·荷存储质料。该多元氧化物可通过差异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。各薄层厚度可按照所用质料作差异调解。基于图2所示的依照本发现实施例的电荷俘获型非挥发存储器,本发现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要领,该要领包罗选择P型Si作为衬底;在该P型Si衬底上回收热氧化法形成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HfSiO薄膜上回收原子层淀积工艺形成Al2O3否决层;然后在Al2O3否决层上电子束蒸发要领制备节制栅电极,该节制栅电极回收的电极质料为Al,从而制备完成HfSiO存储层电容布局。若制备MOS存储单位布局,则还需通过离子注入的要领形成源极和漏极。为了比拟电荷存储层能带调制布局对器件机能的优化浸染,在详细实施例中还制备了 HfO2存储层电容布局,其它布局、质料及制备工艺与存多元氧化物存储层电荷俘获型存储单位布局沟通。本发现实施例的电荷俘获型非挥发存储器在详细制备时,先依次形成所需质料,再界说栅极图形区域。个中涉及的工艺包罗热氧化,化学气相淀积工艺、溅射工艺、原子层淀积工艺、热蒸发工艺、脉冲激光淀积工艺、电子束蒸发工艺或其它可实现布局的工艺,如光刻、刻蚀、外貌平坦化、退火等传统要领。针对本发现实施例的电荷俘获型非挥发存储器,在操纵时可以回收FN隧穿、沟道热电子注入(CHE)编程等方法实现器件编程操纵。可以回收FN擦除、带带隧穿热空穴注入(BBTH)等方法实现器件擦除操纵。信息的读取可以通过正向读或反向读操纵完成。图3为依照本发现实施例回收多元氧化物作为电荷存储质料的电荷俘获型存储器与回收二元氧化物作为电荷存储质料的电荷俘获型存储器编程效率测试功效比拟示意图。颠末引入掺杂形成的多元氧化物电荷俘获布局,编程效率有了明明提高。图4为依照本发现实施例回收多元氧化物作为电荷存储质料的电荷俘获型存储器与回收二元氧化物作为电荷存储质料的电荷俘获型存储器在室温下数据保持机能测试功效比拟示意图。颠末引入掺杂形成的多元氧化物电荷俘获布局,具有精采的数据保持机能,可用于高靠得住性操纵。由上述可知,在本发现的实施例中,通过弓I入掺杂形成多元氧化物电荷存储层,实现电荷俘获型非挥发存储器件编程效率、操纵电压等器件机能的优化。同时,本发现电荷俘获型存储器制备工艺与传统的硅平面CMOS工艺兼容,利于遍及应用。
以上所述的详细实施例,对本发现的目标、技能方案和有益结果举办了进一步具体说明,所应领略的是,以上所述仅为本发现的详细实施例罢了,并不消于限制本发现,凡在本发现的精力和原则之内,所做的任何修改、等同替换、改造等,均应包括在本发现的掩护范畴之内。
权利要求
1.一种电荷俘获型非挥发存储器,其特征在于,该存储器包罗 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)之上的否决层(104); 形成于否决层(104)之上的节制栅(105);以及 在衬底(101)的沟道两侧掺杂形成的源漏(106)。
2.按照权利要求I所述的电荷俘获型非挥发存储器,其特征在于,所述衬底(101)为硅片或锗硅片。
3.按照权利要求I所述的电荷俘获型非挥发存储器,其特征在于,所述隧穿介质层(102)、电荷存储层(103)和否决层(104)组成栅布局,该栅布局回收SONOS布局、MANOS布局或TANOS布局。
4.按照权利要求I或3所述的电荷俘获型非挥发存储器,其特征在于,所述隧穿介质层(102)回收SiO2;所述否决层(104)回收SiO2或高介电常数质料Al2O315
5.按照权利要求I或3所述的电荷俘获型非挥发存储器,其特征在于,所述电荷存储层(103)回收多元氧化物作为电荷存储质料。
6.按照权利要求5所述的电荷俘获型非挥发存储器,其特征在于,所述多元氧化物是通过差异工艺掺杂二元氧化物形成的,包罗三元氧化物HfSi0、HfA10及ZrSiO,或四元氧化物 InGaZnO。
7.一种电荷俘获型非挥发存储器的制备要领,其特征在于,该要领包罗 选择衬底; 在该衬底上回收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回收原子层淀积工艺形成否决层; 在否决层上电子束蒸发要领制备节制栅电极。
8.按照权利要求7所述的电荷俘获型非挥发存储器的制备要领,其特征在于,所述衬底回收P型Si。
9.按照权利要求7所述的电荷俘获型非挥发存储器的制备要领,其特征在于,所述隧穿介质层回收SiO2隧穿介质层,所述多元氧化物薄膜回收HfSiO薄膜,所述否决层回收Al2O3否决层。
10.按照权利要求7所述的电荷俘获型非挥发存储器的制备要领,其特征在于,所述节制栅电极回收的电极质料为Al。
全文摘要
本发现涉及微电子制造及存储器技能规模,果真了一种电荷俘获型非挥发存储器及其制备要领,该存储器包罗衬底;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否决层;形成于否决层之上的节制栅;以及在衬底的沟道两侧掺杂形成的源漏。操作本发现,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、保持特性等器件机能的优化。同时,本发现电荷俘获型存储器制备工艺与传统的硅平面CMOS工艺兼容,利于遍及应用。
文档编号H01L27/115GK102983138SQ20111026129
果真日2013年3月20日 申请日期2011年9月6日 优先权日2011年9月6日
发现者刘明, 郑志威, 霍宗亮, 谢常青, 张满红, 刘璟 申请人:中国科学院微电子研究所