一种基于可控制造技术

本发明专利技术属于半导体存储器件领域，具体是涉及到一种基于可控

【技术实现步骤摘要】
一种基于可控Ge纳米晶的浮栅存储器件及其制备方法


[0001]本专利技术属于半导体存储器件领域，具体是涉及到一种基于可控
Ge
纳米晶的浮栅存储器件及其制备方法
。

技术介绍

[0002]嵌在金属
‑
绝缘体
‑
半导体栅极绝缘体中的纳米晶体是新一代非易失性存储器
(NVM)
器件的基本存储元件，与采用多晶硅层作为浮栅的传统
NVM
相比，具有更低的写入
/
擦除电压
、
更短的写入
/
擦除时间和更好的持久性
。
嵌入在高带隙介质层中的半导体
、
金属或高
k
介电纳米晶已被广泛研究用于基于纳米晶体的浮栅，如
Si、Ge、Ag、Pt、HfO2和
ZrO2。
其中，
Si
和
Ge
纳米晶
NVM
已经被广泛研究，因为
Si
和
Ge
与半导体行业完全兼容
。
进一步研究表明，
Ge
纳米晶比
Si
纳米晶具有更高的介电常数
(
～
16.0)
和更小的带隙
(
～
0.6eV)
，更有希望用于高性能
NVM。
而且
Ge
纳米晶与传导通道有很强的耦合，可以在低写入
/
擦除电压下实现更大的存储窗口
。
此外，在
Ge
纳米晶
NVM
中，注入的电荷主要存储在纳米晶的深阱中心上，可以实现电荷的长期存储
。
[0003]目前，多采用高介电常数材料的
Ge
过饱和固溶体的相分离方法来生长
Ge
纳米晶
。
过饱和固溶体中溶解的
Ge
的浓度大于正常情况下溶剂所能溶解的浓度
。
通过磁控溅射
、
锗离子注入
、
化学气相沉积
、
电子束蒸发和脉冲激光沉积等方法制备出
Ge
过饱和固溶体后，利用退火激活相分离过程，在高介电材料体相中形成
Ge
纳米晶
。
然而，这种合成过程很难控制
Ge
纳米晶的结晶度
、
形貌
、
尺寸
、
位置和密度等
。
而纳米晶
NVM
的性能在很大程度上取决于氧化物介电层的质量以及其中
Ge
纳米晶的结晶度
、
尺寸
、
形状
、
取向和空间分布等特性
。
因此，调控栅绝缘层以及其中的
Ge
纳米晶对于纳米晶
NVM
的性能影响非常重要
。

技术实现思路

[0004]本专利技术要解决的技术问题是提供一种为了解决现有技术中制备的存储器件中纳米晶的形貌
、
尺寸和分布密度，以及氧化物介电层的厚度和质量等难以有效控制的问题基于可控
Ge
纳米晶的浮栅存储器件及其制备方法
。
[0005]本专利技术提供一种基于可控
Ge
纳米晶的浮栅存储器件制备方法，从下至上依次制备
p
‑
Si
衬底层
、
氧化硅层
、Ge
纳米晶层
、
氧化物介电层和金属电极层，包括如下步骤：
[0006]S1.
基底的选择与处理；
[0007]S2.
金属催化剂的生长；
[0008]S3.Ge
纳米晶的生长；
[0009]S4.
氧化物介电层的沉积；
[0010]S5.
金属电极层的制备；
[0011]所述可控
Ge
纳米晶浮栅存储器件通过改变金属催化剂在基底上的分布以及
Ge
纳米晶的生长温度
、
生长气压和生长时间来改变
Ge
纳米晶层中
Ge
纳米晶的形貌
、
尺寸及密度，以改变所述可控
Ge
纳米晶浮栅存储器件的存储性能
。
[0012]更进一步地，所述步骤
S1
包括：
[0013]所述基底选用
Si
基底，所述处理采用标准的两步湿法化学清洗方法，将上述
Si
基底的表面清洗干净
。
[0014]更进一步地，所述金属催化剂包括
Ag
或
Au
；
[0015]采用热蒸镀方法将
Au
蒸镀在上述清洗后的
Si
基底上，热蒸镀蒸发腔的真空度为5×
10
‑4Pa
，
Au
的蒸发速度为通过调控
Au
纳米层厚度调控
Au
颗粒的尺寸及密度，所述
Au
纳米层厚度范围为1～
20nm
，形成所述
p
‑
Si
衬底层；
[0016]或者，采用热蒸镀方法将
Ag
蒸镀在上述清洗后的
Si
基底上，热蒸镀蒸发腔的真空度为5×
10
‑4Pa
，
Ag
的蒸发速度为通过调控
Ag
纳米层厚度调控
Ag
颗粒的尺寸及密度，所述
Ag
纳米层厚度范围为1～
20nm
，形成所述
p
‑
Si
衬底层
。
[0017]更进一步地，所述
Ge
纳米晶的生长，包括将所述
p
‑
Si
衬底层置于
CVD
生长腔中，抽真空至9×
10
‑7Torr
后，向
CVD
生长腔中通入氢气，其流速为
20sccm
，气体通入的同时持续抽真空，使
CVD
生长腔内气压保持在
1Torr
后，对
p
‑
Si
衬底进行加热，加热到
Ge
纳米结构的生长温度，所述生长温度为
700
～
1000℃,
并保持
30s
；
[0018]然后，关掉氢气，通入5％ GeH4和
95
％ H2，其流速为
20sccm
，保持所需生长温度，生长
30min。
[0019]更进一步地，所述步骤...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种基于可控
Ge
纳米晶的浮栅存储器件制备方法，其特征是，从下至上依次制备
p
‑
Si
衬底层
、
氧化硅层
、Ge
纳米晶层
、
氧化物介电层和金属电极层，包括如下步骤：
S1.
基底的选择与处理；
S2.
金属催化剂的生长；
S3.Ge
纳米晶的生长；
S4.
氧化物介电层的沉积；
S5.
金属电极层的制备；所述可控
Ge
纳米晶浮栅存储器件通过改变金属催化剂在基底上的分布以及
Ge
纳米晶的生长温度
、
生长气压和生长时间来改变
Ge
纳米晶层中
Ge
纳米晶的形貌
、
尺寸及密度，以改变所述可控
Ge
纳米晶浮栅存储器件的存储性能
。2.
如权利要求1所述的制备方法，其特征是，所述步骤
S1
包括：所述基底选用
Si
基底，所述处理采用标准的两步湿法化学清洗方法，除去基底表面残余的有机物和金属离子
。3.
如权利要求2所述的制备方法，其特征是，所述金属催化剂包括
Ag
或
Au
；采用热蒸镀方法将
Au
蒸镀在上述清洗后的
Si
基底上，热蒸镀蒸发腔的真空度为5×
10
‑4Pa
，
Au
的蒸发速度为通过调控
Au
纳米层厚度调控
Au
颗粒的尺寸及密度，所述
Au
纳米层厚度范围为1～
20nm
，形成所述
p
‑
Si
衬底层；或者，采用热蒸镀方法将
Ag
蒸镀在上述清洗后的
Si
基底上，热蒸镀蒸发腔的真空度为5×
10
‑4Pa
，
Ag
的蒸发速度为通过调控
Ag
纳米层厚度调控
Ag
颗粒的尺寸及密度，所述
Ag
纳米层厚度范围为1～
20nm
，形成所述
p
‑
Si
衬底层
。4.
如权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：周青伟，汤丹，吴凡，罗芳，郭楚才，朱志宏，
申请(专利权)人：中国人民解放军国防科技大学，
类型：发明
国别省市：