[发明专利]具有在金属氧化物介质层中的电荷存储纳米晶体的集成电路器件栅结构及其制造方法

权利要求书

1.一种形成用于集成电路存储器件的栅结构的方法，包括：

在集成电路衬底上形成金属氧化物介质层；

将从元素周期表的4族选择的且具有小于大约0.5厘米每秒(cm²/s)的热扩散率的元素的离子注入到该介质层中，以在介质层中形成电荷存储区，隧道介质层在该电荷存储区下，而帽盖介质层在该电荷存储区之上；

对包括该金属氧化物介质层的衬底进行热处理，以在该电荷存储区中形成多个离散的电荷存储纳米晶体；以及

在该介质层上形成栅电极层。

2.如权利要求1所述的方法，其中该金属氧化物介质层包括具有介电常数在7以上的铝、铪、钛、锆、钪、钇和/或镧的氧化物和/或氮氧化合物，并且其中所选择的元素包括锗(Ge)。

3.如权利要求1所述的方法，其中注入离子步骤包括以小于大约10000电子伏特(eV)的注入能量来注入离子。

4.如权利要求3所述的方法，其中所述注入离子包括以大于5000电子伏特(eV)的注入能量来注入。

5.如权利要求4所述的方法，其中形成在该衬底上的该金属氧化物介质层的厚度小于大约30nm。

6.如权利要求1所述的方法，其中在注入离子之前，对包括该金属氧化物介质层的衬底热处理。

7.如权利要求6所述的方法，其中在注入离子之前，以在该金属氧化物介质层的结晶温度以上的温度，对包括该金属氧化物介质层的衬底热处理。

8.如权利要求7所述的方法，其中在注入离子之前，在氮气氛中以至少大约950℃的温度对包括该金属氧化物介质层的衬底热处理。

9.如权利要求7所述的方法，其中在注入离子之后对衬底热处理包括：在大约700℃至大约900℃，将包括该金属氧化物介质层的衬底快速热退火大约5分钟至大约30分钟。

10.如权利要求9所述的方法，其中在快速热退火之后，以大约900℃至大约1050℃二次快速热退火大约5分钟至大约30分钟。

11.如权利要求1所述的方法，其中在注入离子后对衬底热处理包括：在大约900℃至大约950℃对包括该金属氧化物介质层的衬底快速热退火大约5分钟至大约30分钟。

12.如权利要求1所述的方法，其中该金属氧化物介质层的厚度小于大约30纳米(nm)。

13.如权利要求12所述的方法，其中该隧道介质层的厚度小于大约9nm。

14.如权利要求1所述的方法，其中注入离子包括以基于该金属氧化物介质层的厚度而选择的平均注入深度并且以不大于大约7纳米(nm)的投影射程标准差注入离子。

15.如权利要求14所述的方法，其中注入离子包括以从大约20埃()至大约60的投影射程标准差注入离子。

16.如权利要求1所述的方法，其中该金属氧化物介质层具有至少大约5电子伏特(eV)的能带隙。

17.如权利要求1所述的方法，其中注入离子步骤包括以大于7000电子伏特(eV)而小于大约10000eV的离子注入能量以及从大约1×10¹⁴/cm²至大约2×10¹⁶/cm²的离子注入剂量来注入离子。

18.如权利要求1所述的方法，其中该纳米晶体具有从大约1nm至大约7nm的直径，并且纳米晶体中的一些之间的间隔在大约1nm和大约7nm之间。

19.如权利要求1所述的方法，其中注入离子包括：

以第一离子注入能量注入所选元素的离子，以在隧道介质层上形成第一电荷存储层；以及

以小于该第一离子注入能量的第二离子注入能量将所选元素的离子注入，以在该第一电荷存储层上形成第二电荷存储层，二者之间存在基本上没有注入的离子的区域。

20.如权利要求1所述的方法，其中注入离子包括在该金属氧化物介质层中相对于衬底的多个不同高度位置上注入离子，以及其中对衬底热处理提供一些交迭的离散电荷存储纳米晶体的多层结构。