[发明专利]一种低温制备锡纳米晶存储器的方法

说明书

本发明公开了一种低温制备锡纳米晶存储器的方法，采用RCA标准清洗法对硅片进行表面清洗；把重量百分比为61%的HNO₃溶液加热到123℃，然后把清洗好的硅片浸泡在其中；以金属锡靶和SiO₂靶，采用共溅射的方式制备厚度为含锡的SiO₂薄膜；然后在原位退火30min，退火温度为250~300℃；关闭加热电源，使硅片的温度逐渐降低到室温，然后在原位开始利用射频溅射生长Ta₂O₅薄膜；利用掩膜板在Ta₂O₅薄膜以及硅片的反面蒸镀金属铝电极。本发明降低了存储器在制备工艺过程中的热处理温度，提高了存储器的持续微缩能力和高载流子的注入和释放效率。

技术领域

本发明属于非易失性存储器技术领域，具体涉及一种低温制备锡纳米晶存储器的方法。

背景技术

1967年美国贝尔实验室的D.Kahng和施敏发明的浮栅结构非易失性存储器，是应用范围最广的、热稳定性较好的存储器。为了提高存储器件的电荷保持能力，采用位于控制氧化层和隧穿氧化层之间非连续的、相互隔离的纳米晶作为离散电荷存储介质来代替传统多晶硅浮栅，这就是纳米晶浮栅存储器。电荷存储介质这种设计使得载流子能够通过隧穿被注入或转移出纳米晶体，却难以在纳米晶体之间进行传递，因此，即使隧穿氧化层存在缺陷导致纳米晶与衬底沟道间形成电荷泄露通道，只会造成少数区域的漏电，也不会影响到储存在其余纳米晶上的电荷，从而横向漏电流能够得到有效抑制。与传统多晶硅浮栅存储器相比，纳米晶存储器可采用较小的隧穿层厚度却可获得较长的电荷保存时间。为提高存储器编程和擦除速度以及降低功耗，保证器件的持续微缩能力，采用高介电常数材料代替传统的二氧化硅作为纳米晶浮栅存储器的阻挡层，在隧穿氧化层施加相同的外加偏压下，可以提高载流子的注入和释放效率。

对于金属纳米晶存储器而言，镶嵌在介质层中纳米晶的大小均匀、密度与尺寸适中是最为关键的，而且工艺制备需简单可行并与标准CMOS集成电路工艺兼容。目前金属纳米晶存储器的制备方法主要是快速热处理、离子注入、淀积自组装等。与粒子注入相比，快速热处理和沉积自组装的方法成本低、工艺相对简单，但是为了能形成金属纳米晶，所需要的热处理温度比较高，通常都大于500℃。一般说来，工艺过程中的高温处理都会给器件带来负面的影响，由于锡的熔点只有232℃，镶嵌在带隙宽度比锡大得多的SiO₂介质层中的锡纳米颗粒，通过低温退火(比如250℃)就可以形成锡金属纳米晶，从而可以大幅降低了金属纳米晶存储器的热处理温度。另外，Ta₂O₅拥有高的介电常数(k～26)、低的漏电流密度以及与目前CMOS集成电路技术相兼容等优点，是二氧化硅最佳的替代品之一，因此，利用Ta₂O₅替代传统的二氧化硅介质层作为金属锡纳米晶存储器的阻挡层，可以提高载流子的注入和释放效率。

发明内容

本发明的目的是提供一种低温制备锡纳米晶存储器的方法。采用低温形成的锡金属纳米晶作为离散电荷存储介质、高介电常数的Ta₂O₅作为阻挡层，降低了存储器在制备工艺过程中的热处理温度，提高了存储器的持续微缩能力和高载流子的注入和释放效率，与目前CMOS集成电路工艺的兼容性好，具有很高的推广应用价值。

为此，本发明采用的技术方案是这样的：一种低温制备锡纳米晶存储器的方法，包括以下的步骤：

1)清洗硅片，采用RCA标准清洗法对硅片进行表面清洗；

2)把重量百分比为61％的HNO₃溶液加热到123℃，然后把清洗好的硅片浸泡在其中，时间为30min；

3)以金属锡靶和SiO₂靶，采用共溅射的方式制备厚度为5.0nm的含锡的SiO₂薄膜；然后在原位退火30min，退火温度为250～300℃；