專利名稱：具有納米管浮動?xùn)艠O的非易失性存儲晶體管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及晶體管構(gòu)造，且具體而言，涉及包含用于電荷存儲的納米管的非易失 性存儲晶體管。
背景技術(shù)：
非易失性納米晶體晶體管存儲單元已為人們所知。例如，頒與B丄ojek的第 6，690，059號美國專利闡述一種非易失性存儲晶體管，其使用浮動?xùn)艠O作為電荷存儲 區(qū)，將電荷穿過穿隧障壁層傳送至納米晶體。所述裝置依靠一單獨(dú)的電荷存儲庫，其 可專門針對供應(yīng)電荷而進(jìn)行專門摻雜，而襯底則針對源電極與漏電極之間的導(dǎo)電率進(jìn) 行摻雜。通過將電荷存儲庫中的電荷拉至一分離的納米晶體層中，改變納米晶體網(wǎng)層 的靜電性質(zhì)，從而影響MOS晶體管中源極與漏極之間的表面下溝道。納米晶體用于 修改分離的區(qū)的靜電性質(zhì)，并從而以通常的方式直接影響溝道行為，這是MOS晶體 管所特有的。在最簡單的操作模式中，可為電荷從電荷供應(yīng)層向納米晶體網(wǎng)層的傳送 制訂一閾值，且該閾值類似于非易失性存儲晶體管的閾值。然而，進(jìn)一步的電壓變化 將導(dǎo)致電子進(jìn)一步從電荷供應(yīng)層遷移至納米晶體網(wǎng)層，從而象調(diào)制一樣使溝道的導(dǎo)電 率逐步變化。反向電壓將導(dǎo)致納米晶體網(wǎng)層耗盡，將電子從納米晶體網(wǎng)層驅(qū)動回至電 荷供應(yīng)層。源極與漏極之間的導(dǎo)通會以放大器模式放大柵極電壓，或者以存儲器模式 檢測夾斷特性。在第6,808,986號美國專利中，Rao等人描述了使用化學(xué)氣體沉積來制作納米晶體 層。在第6,344,403號美國專利中，Madhukar等人描述了一種類似的納米晶體生長程 序。本發(fā)明的一目的是提供一種均勻、高密度的納米晶體層，以在存儲晶體管中更有 效地陷獲電荷。發(fā)明內(nèi)容上述目的是通過在經(jīng)摻雜的硅晶片上的隧道氧化物層上方的鋪墊層中生長碳納 米管來實(shí)現(xiàn)。所述納米管層是通過任何習(xí)知的碳納米管沉積方法生長而成，例如，在 隧道氧化物上沉積觸媒微粒(例如Mo)并進(jìn)行退火。在退火之后，通過在適度溫度 下進(jìn)行化學(xué)氣體沉積(CVD)而引入含碳的氣體，例如甲烷。當(dāng)含碳?xì)怏w分解而粘附 于觸媒微粒所在的表面上時，便形成導(dǎo)電性碳納米管。鋪墊的納米管織物結(jié)構(gòu)或?qū)邮?隨機(jī)地組織并形成一種位于穿隧氧化物上方的網(wǎng)。保護(hù)性二氧化硅層覆蓋并保護(hù)性地 嵌入納米管中。所述層經(jīng)過圖案化及蝕刻，以便能夠在襯底中植入源電極及漏電極。 所述納米管層在溝道區(qū)上方的一位置上浮動，以調(diào)制或調(diào)節(jié)溝道中源電極與漏電極之 間的導(dǎo)通。所述納米管與氧化物層被一多晶硅導(dǎo)電層覆蓋，所述多晶硅導(dǎo)電層用作一 與浮動?xùn)艠O層呈絕緣關(guān)系的控制柵極。然后，對所有層進(jìn)行修飾，以形成浮動?xùn)艠O晶 體管。


圖1-8為根據(jù)本發(fā)明的一種制作納米晶體電荷存儲層的方法的順序性側(cè)視平面圖。
具體實(shí)施方式
參看圖1，圖中顯示硅襯底11具有一經(jīng)過拋光但未經(jīng)過圖案化的平整表面12。 大多數(shù)市售硅晶片均己因經(jīng)過拋光而具有足夠的平整度，因而不需要進(jìn)一步拋光。襯 底11經(jīng)過摻雜而具有用于制成晶體管(較佳為MOS或CMOS晶體管)所需的導(dǎo)電率。在平整的硅襯底11的表面12上，通過任何通常的方法沉積一極薄的高品質(zhì)二氧 化硅表面層13作為第一絕緣層。該氧化物層(通常是熱氧化物層)具有介于20至60 埃范圍內(nèi)的厚度。此種薄的氧化物層將在其中導(dǎo)電構(gòu)件位于氧化物層上方的存儲單元 中用作隧道氧化物層。在EEPROM存儲器中，在薄氧化物層上方制成一典型的浮動?xùn)?極，且出于此種目的，本發(fā)明設(shè)想將碳納米管網(wǎng)層作為浮動?xùn)艠O層。圖2顯示濺鍍或以其他方式沉積于室20中的觸媒微粒17的沉積實(shí)例。所述微粒 是分子聚集體，具有每400 nn^—個微?；蚋训拿芏?，從而形成非接觸性微粒層。 盡管某些微?？上嘟佑|，然而大多數(shù)微粒并不接觸其他微粒。由于隧道氧化物層13 非常脆，因而可將氧化物層氮化。作為形成納米管的一實(shí)例，在圖3中，CVD室30將含碳?xì)怏w24在適當(dāng)溫度下引 入所述室中。例如，可在1000。C下引入甲烷(CH4)。甲烷在接觸觸媒微粒時會離解， 其中碳重新形成為碳納米管，如由J. Kong等人在"單壁碳納米管的甲垸化學(xué)氣相沉 禾只(Chemical Vapor Deposition of Methane for Single Walled Carbon Nanotubes)"(Chemical Physics Letters,第292巻，1998年8月14日，第567-574頁)中所述。 相當(dāng)大比例的碳納米管是導(dǎo)電性的，而其他的則不導(dǎo)電。碳納米管是鋪墊的，其中隨 機(jī)交叉的納米管粘附至氧化硅層上，但略微為多孔性的，在交叉的納米管之間具有空 隙。參看圖4，納米管層31形成于氧化硅層13頂上。納米管層31具有稠密到足以導(dǎo) 電及鋪墊的納米管，其中各纖維在隨機(jī)方向上彼此交叉，但仍具有某些穿過所述鋪墊 結(jié)構(gòu)的孔隙。該層納米管31完全遍布晶片并表現(xiàn)出類似于多晶硅的電荷保持特性，盡 管許多纖維可能是絕緣性或半絕緣性的。在圖5中，納米管層31使用絕緣性光致抗蝕劑臺面35對其中要形成浮動?xùn)艠O的 部分進(jìn)行保護(hù)。各臺面之間的部分外露。這些外露部分與外露的氮化物區(qū)域一起被向下蝕刻至氧化物層13，如在圖6中所示。移除未受保護(hù)的區(qū)域中的氧化物層13，并將源極離子植入?yún)^(qū)37與漏極離子植入 區(qū)39—起引入，使用臺面邊緣使各植入?yún)^(qū)自對準(zhǔn)。源極與漏極離子植入?yún)^(qū)是被摻雜襯 底中將形成表面下電極的過量摻雜劑區(qū)。納米管部分31位于隧道氧化物部分13頂上。在圖8中，兩個晶體管51及53接近完成。納米晶體層部分31已覆蓋有保護(hù)氧 化物55。氧化物55是約60-100 A的絕緣熱氧化物。多晶硅層部分57是沉積于納米管 層部分55上。晶體管51與53中的每一者均具有源極37及漏極39,漏極39通過隧 穿或熱電子注入或其他機(jī)制穿過隧道氧化物層13向浮動納米管層部分31提供電荷粒 子。電荷通過穿過一金屬化層(未顯示)施加至控制柵極57的電壓而轉(zhuǎn)移至浮動?xùn)艠O 層。正電壓可轉(zhuǎn)移來自浮動?xùn)艠O層的電荷，其中形成于納米管上的浮動?xùn)艠O層會長時 期地存儲電荷，除非對編程進(jìn)行改變。
權(quán)利要求
1、一種浮動?xùn)艠O非易失性存儲晶體管，其包括半導(dǎo)體襯底，在所述襯底中具有相間的源極及漏極電極，隧道氧化物層，其位于所述源極與漏極之間的所述襯底上，電浮動的碳納米管網(wǎng)層，其位于所述隧道氧化物上，及導(dǎo)電層，其位于所述碳納米管層上方。
2、 如權(quán)利要求l所述的裝置，其中所述碳納米管層包含鋪墊的納米管。
3、 如權(quán)利要求2所述的裝置，其中多個所述鋪墊的納米管是導(dǎo)電的。
4、 如權(quán)利要求2所述的裝置，其中多個所述鋪墊的納米管是半絕緣性的。
5、 如權(quán)利要求l所述的裝置，其中所述導(dǎo)電層是多晶硅層。
6、 如權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述半導(dǎo)體襯底具有第一導(dǎo)電率類型，且所 述源極及漏極電極具有第二導(dǎo)電率類型。
7、 如權(quán)利要求l所述的裝置，其中所述碳納米管層嵌于氧化物層中。
8、 如權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述導(dǎo)電層是控制柵極，其對所述納米管層 進(jìn)行電荷控制。
9、 如權(quán)利要求2所述的裝置，其中所述鋪墊的納米管層包括隨機(jī)地相互重疊的 納米管。
10、 如權(quán)利要求2所述的裝置，其中所述鋪墊的納米管層是多孔的。
11、 一種用于制作非易失性存儲晶體管的中間結(jié)構(gòu)，其包括 經(jīng)摻雜的半導(dǎo)體晶片，其具有平整表面， 隧道氧化物層，其位于所述平整表面上方，支撐層，其位于所述隧道氧化物層上方，及 碳納米管層，其沉積于所述支撐層上方。
12、 如權(quán)利要求11所述的結(jié)構(gòu)，其中所述碳納米管層、支撐層及隧道氧化物層 具有蝕刻區(qū)，所述蝕刻區(qū)界定臺面，其中在所述臺面之間的所述晶片中具有離子植入 區(qū)。
13、 一種用于制作非易失性存儲晶體管的中間結(jié)構(gòu)，其包括 經(jīng)摻雜的半導(dǎo)體晶片，其具有平整表面， 隧道氧化物層，其位于所述平整表面上方，支撐層，其位于所述隧道氧化物層上方，及 納米管成形觸媒層，其沉積于所述支撐層上方。
全文摘要
本發(fā)明揭示非易失性存儲晶體管(51)，其具有半導(dǎo)體襯底(11)，所述半導(dǎo)體襯底(11)具有界定一溝道的相間的源極(37)與漏極(39)區(qū)；隧道氧化物層13)，其位于所述溝道上面；及碳納米管導(dǎo)電層(31)，其位于所述隧道氧化物上面。在圖案化過程中，形成臺面(35)，以保留納米管的所需位置作為浮動?xùn)艠O。所述臺面用于對源極和漏極電極進(jìn)行自對準(zhǔn)植入。作為多孔隨機(jī)排列的鋪墊層沉積的納米管使得能夠?qū)⒅螌游g刻移除，以使納米管直接倚靠在隧道氧化物上。使用絕緣材料(55)保護(hù)納米管，并將導(dǎo)電控制柵極(57)置于納米管浮動?xùn)艠O層上。
文檔編號H01L29/788GK101151733SQ200680010524
公開日2008年3月26日 申請日期2006年2月8日 優(yōu)先權(quán)日2005年3月31日
發(fā)明者博胡米爾·洛耶克 申請人:愛特梅爾公司