[发明专利]电荷俘获型非挥发存储器及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及微电子制造及存储器技术领域，尤其涉及一种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及其制备方法。

背景技术

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1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。

发明内容

(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，本发明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，本发明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Al₂O₃。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HfSiO、HfAlO及ZrSiO，或四元氧化物InGaZnO。

为达到上述目的，本发明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，本发明具有以下有益效果：

1、本发明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、本发明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。