[发明专利]一种金属纳米晶存储器栅叠层的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于半导体存储器技术领域，具体涉及一种金属纳米晶存储器栅叠层的制备方法。

背景技术

在纳米晶非挥发存储器领域，主要有半导体纳米晶和金属纳米晶两类存储器，其中金属纳米晶由于其在费米能级附近具有更高的态密度、与沟道有更好的耦合作用、 金属功函数可选择范围大等优点而备受青睐。然而，高密度金属纳米晶的获得是制备高性能金属纳米晶存储器的关键。目前，金属纳米晶的制备主要通过快速热退火和模板自组装两种方法得到。快速热退火法所得到的金属纳米晶均匀性较差，而且需要很高的退火温度。模板自组装法主要是利用蛋白质伴侣晶或PS-b-PMMA[1]作为模板得到纳米晶，密度很高，均匀性也非常好，但是工艺非常复杂。本发明所提出的采用阳极氧化铝模板来制备金属纳米晶，可以解决工艺复杂性问题，并且所形成的纳米晶分布均匀。阳极氧化铝是一种电化学工艺，简单说来就是高纯度的铝膜经阳极氧化等工序，在氧化铝膜中形成高密度（10¹¹cm^-2）、排列有序的六方形孔阵列，并且通过工艺条件的控制可以获得不同直径和深度的孔。

参考文献

[1]  D. Shahrjerdi, D. I. Garcia-Gutierrez, and S. K. Banerjee, “Fabrication of Ni Nanocrystal Flash Memories Using a Polymeric Self-Assembly Approach”. IEEE Electron Device Letter. , 28(9), p793－796，2007。

发明内容

本发明的目的在于提出一种工艺简单，所形成的纳米晶分布均匀的金属纳米晶存储器栅叠层的制备方法。

本发明提出的金属纳米晶存储器栅叠层的制备方法，是采用阳极氧化铝模板作为反应离子束刻蚀阻挡层，在聚酰亚胺薄膜中形成与氧化铝模板相近的纳米孔阵列。去除氧化铝模板后，再通过溅射的方法淀积一层厚度可控的超薄金属。然后，去除聚酰亚胺薄膜后，即可形成高密度、分布均匀的纳米晶阵列。该金属纳米晶存储器栅叠层结构具体包括：单晶硅衬底、电荷隧穿层、金属纳米晶层、电荷阻挡层和栅电极，其制备工艺步骤如下：

1、以单晶硅片为衬底，在衬底上淀积一层电荷隧穿层，如采用SiO₂/Al₂O₃双层结构隧穿层，其中SiO₂为高温热氧化生长，Al₂O₃为原子层淀积；

2、在电荷隧穿层上旋涂一层聚酰亚胺薄膜，厚度控制在30－100纳米范围内；

3、将阳极氧化铝模板放置在聚酰亚胺薄膜上，并使二者之间紧密接触；

4、以氧化铝模板作为掩膜，对聚酰亚胺进行反应离子刻蚀，使刻蚀深度到达电荷隧穿层，从而在聚酰亚胺薄膜中形成纳米孔阵列，即获得聚酰亚胺掩膜；

5、采用机械剥离或酸腐蚀的方法去除氧化铝模板；

6、采用溅射的方法在聚酰亚胺薄膜的纳米孔中淀积一层3－10纳米厚度的超薄金属，如离子束溅射3－10纳米的金属钌或钯；

7、采用lift-off技术去除聚酰亚胺膜，然后在600－800℃进行快速热退火10－30秒；

8、淀积一层电荷阻挡层，如原子层淀积HfAlO或HfLaO薄膜；

9、采用反应溅射技术，淀积金属栅电极，如TaN。

本发明的优点：

(一)、采用阳极氧化铝模板作为聚酰亚胺的刻蚀掩膜，来制备高密度纳米阵列结构，避免了普通的光刻技术的应用瓶颈，同时也避免了采用电子束光刻带来的高成本。

(二)、以聚酰亚胺模板作为金属淀积的掩膜，不仅由于该模板容易在氧等离子体气氛中刻蚀形成，而且它也容易被有机溶剂溶解后去除。

(三)、由于阳极氧化铝模板中具有高密度的、规则的纳米孔阵列，因此通过图形转移后，所形成的金属纳米晶也具有同样的高密度、分布均匀等优良特性。

附图说明

图1：在硅衬底上淀积一层电荷隧穿层。

图2：在隧穿层上旋涂一层聚酰亚胺薄膜。

图3：将阳极氧化铝模板置于聚酰亚胺薄膜上。

图4：对聚酰亚胺薄膜进行反应离子刻蚀后所形成的图形。

图5：去除氧化铝模板。

图6：在聚酰亚胺掩膜上淀积一层金属。

图7：采用lift-off技术剥离聚酰亚胺掩膜。

图8：淀积一层电荷阻挡层。