[发明专利]一种基于纳米晶的NAND存储器及其制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及纳米电子器件及纳米加工技术领域，具体涉及一种基于纳米晶的NAND存储器及其制作方法。

背景技术

近年来，集成电路中存储器的增长速度已超过逻辑电路，存储器占芯片面积的比例已由1999年的20％增至2007年的近80％，而逻辑电路则由1999年的66％降到2007年的14％。在存储器产品中，市场需求增长最快的是非易失性存储器。闪存(Flash Memory)作为非易失性存储器的典型器件目前已广泛应用于U盘、MP3播放器及手机等多种手持移动存储电子产品中。然而目前广泛被工业界所采用的闪存器件结构在向纳米特征尺寸发展的同时，在存储时间和功耗等方面面临着严峻的挑战。

基于纳米晶结构的纳米晶浮栅非易失性存储单元是利用纳米晶作为电荷存储介质，每一个纳米晶颗粒与周围晶粒绝缘且只存储少量几个电子，从而实现分立电荷存储，降低了隧穿介质层上的缺陷形成致命的放电通道的危害，只会造成局部纳米晶上的电荷泄漏，使电荷的保持更稳定。未来纳米晶浮栅非易失性存储单元有潜力为应用存储设备提供更高的集成密度、更低的写入/擦除电压、更快的写入/擦除速度、更高的耐受性、更强的数据保持特性和多位存储的能力。

传统的NAND存储器，其存储单元为分离的闪存器件，这就要求各个器件之间都有结连到一起，从而面积很大。而基于纳米晶存储器的NAND结构，由于纳米晶是分离存储，其天然地实现了各个器件间的隔离，即便是一整块，电子也不会从一个单元流动到另一个单元。从而基于纳米晶的NAND存储器实现了面积的减小，为下一代存储提供可能。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明的目的在于提供一种基于纳米晶的NAND存储器，减小传统NAND存储器的面积。

本发明的另一目的在于提供一种基于纳米晶的NAND存储器的制作方法，以简化制作工艺。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供一种基于纳米晶的NAND存储器，包括存储单元和晶体管，所述存储单元包括：硅衬底；在所述硅衬底的两侧的源导电区和漏导电区；在源导电区与漏导电区之间的载流子沟道上覆盖的隧穿介质层；覆盖在隧穿介质层上的纳米晶电荷存储层；覆盖在纳米晶电荷存储层上的控制栅介质层；覆盖在控制栅介质层上的栅电极材料层。

根据本发明的一种优选方式，所述控制栅介质层的材料为氮化物、Al₂O₃、HfO₂、ZrO₂、HfSiO中的一种或其组合，厚度为5nm～15nm。

根据本发明的一种优选方式，所述隧穿介质层的材料为SiO₂，厚度为4nm～7nm。

根据本发明的一种优选方式，所述纳米晶电荷存储层的材料为金属纳米晶、化合物纳米晶、半导体纳米晶或异质复合纳米晶，纳米晶的直径为1nm～10nm，密度为1×10¹¹/cm^-2～1×10¹²/cm^-2。

根据本发明的一种优选方式，所述金属纳米晶的材料为金属W、Al、Ni、Co、Cr、Pt、Ru、Sn、Ti、Au和Ag中的一种；所述化合物纳米晶的材料为HfO₂、WN、CdSe、CoSi₂、NiSi、TaSi₂、WSi₂和HfSiO中的一种；所述半导体纳米晶的材料为Si、Ge和CdS中的一种；所述异质复合纳米晶的材料为Si/Ge、TiSi₂/Si中的一种。

根据本发明的一种优选方式，所述栅电极材料层为多晶硅栅或金属栅，所述多晶硅栅为N型掺杂多晶硅，所述金属栅包括TaN、IrO₂或金属硅化物；所述多晶硅栅或者金属栅的栅电极材料层的厚度为100nm。