[发明专利]半导体装置及其制造方法和操作方法

说明书

技术领域

一个或多个示例实施例涉及一种半导体装置以及制造和操作所述半导体 装置的方法。

背景技术

可能已经极大地改进了硅(Si)类半导体装置的集成度和容量。然而， 由于Si材料的受限的特性和在制造工艺中的限制，可以预期的是，今后难以 实现更高集成和更高容量的Si类半导体装置。

可能已经进行可关于超越现有Si类半导体装置的限制的下一代装置的 研究。例如，已经可以通过应用纳米结构(例如，碳纳米管(CNT))而尝试 制造具有显著性能的微型装置。CNT可以具有几纳米(nm)至几十纳米(nm) 的直径，可以有利于更小尺寸的装置，并可以具有高迁移率、高电导率、高 热导率、高机械强度等的显著性质。因此，CNT可能已经是显著地超越了Si 类半导体装置的限制的材料。

然而，由于一些未解决的问题而可能不易于实现可以应用CNT的装置。 更具体地讲，合成具有再现性的CNT和处理合成的CNT会是困难的。例如， 会需要在用于制造装置的基底的期望区域上精确地布置CNT，以通过利用 CNT来实现装置。另外，将CNT和其他的纳米结构应用到单个装置会是不 容易的，这限制了各种高容量装置的实现。

发明内容

一个或多个示例实施例可以包括一种包括纳米结构的半导体装置。

一个或多个示例实施例可以包括一种制造包括纳米结构的半导体装置的 方法。

一个或多个示例实施例可以包括一种操作包括纳米结构的半导体装置的 方法。

将在下面的描述中部分地阐述另外的方面和/或优点，并且部分通过描述 将是明显的，或者可以通过实施示例实施例而获知。

为了实现上面和/或其他方面和优点，一个或多个示例实施例可以包括一 种半导体装置，所述半导体装置包括：沟道层，包括多个第一纳米结构；源 电极和漏电极，接触沟道层的两端；第一隧道绝缘层，形成在沟道层上；第 一电荷捕获层，形成在第一隧道绝缘层上，并包括与所述多个第一纳米结构 不同的多个第二纳米结构；第一阻挡绝缘层，形成在第一电荷捕获层上；第 一控制栅极，形成在第一阻挡绝缘层上。

多个第一纳米结构可以是双极性的。

多个第一纳米结构可以是纳米线。

多个第二纳米结构可以是纳米颗粒。

沟道层可以形成在亲水层上。

疏水层形成在亲水层上并在沟道层周围，源电极和漏电极可以形成在疏 水层上。

第一隧道绝缘层可以包括顺序堆叠的第一绝缘层和第二绝缘层，第二绝 缘层可以是亲水分子层或疏水分子层。

所述半导体装置还可以包括与沟道层分开的第二控制栅极，其中，沟道 层可以设置在第一控制栅极和第二控制栅极之间。

所述半导体装置还可以包括：第二电荷捕获层，设置在沟道层和第二控 制栅极之间；第二隧道绝缘层，设置在沟道层和第二电荷捕获层之间；第二 阻挡绝缘层，设置在第二电荷捕获层和第二控制栅极之间。

第二电荷捕获层可以包括纳米颗粒。

所述半导体装置可以是晶体管或非易失性存储装置。

为了实现上面和/或其他方面和优点，一个或多个示例实施例可以包括一 种制造半导体装置的方法，所述方法包括如下步骤：在基底上形成包括多个 第一纳米结构的沟道层；形成接触沟道层的两端的源电极和漏电极；在沟道 层上形成第一隧道绝缘层；在第一隧道绝缘层上形成包括与所述多个第一纳 米结构不同的多个第二纳米结构的第一电荷捕获层；在第一电荷捕获层上形 成第一阻挡绝缘层；在第一阻挡绝缘层上形成第一控制栅极。

多个第一纳米结构可以是双极性的。

形成沟道层的步骤可以包括：在基底上形成非疏水层；在非疏水层上形 成疏水层，疏水层具有用于暴露非疏水层的第一区域的开口；在通过开口暴 露的第一区域中吸收所述多个第一纳米结构。

多个第一纳米结构可以是纳米线。

形成第一隧道绝缘层的步骤可以包括：形成覆盖沟道层、源电极、漏电 极的绝缘层；在绝缘层上、在沟道层上方、在源电极和漏电极之间形成吸收 所述多个第二纳米结构的吸收层。

所述方法还可以包括：在形成绝缘层的步骤之后并在形成吸收层的步骤 之前，在除了将要形成吸收层的区域的绝缘层上形成抗吸收层，抗吸收层不 吸收所述多个第二纳米结构。