專利名稱：一種納米晶浮柵非揮發(fā)性存儲(chǔ)器及其制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及納米電子器件及納米加工技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種納米晶 浮柵非揮發(fā)性存儲(chǔ)器及其制作方法。
背景技術(shù)：
近年來，存儲(chǔ)器占整個(gè)集成電路(ic)芯片面積的百分比在急速上升。根據(jù)美國(guó)半導(dǎo)體行業(yè)協(xié)會(huì)編著的"國(guó)際技術(shù)路線圖"(International Technology Roadmap)，在2005年，邏輯電路占芯片面積的16%，而存儲(chǔ) 器占芯片面積的71% (見圖l)，這個(gè)轉(zhuǎn)折意義重大。目前的嵌入存儲(chǔ)器 包括靜態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器(SRAM)、只讀存儲(chǔ)器(ROM)、動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器(DRAM) 和閃存(Flash Memory)。對(duì)于這些存儲(chǔ)器，如何通過減少掩膜層數(shù)來提高 性能和簡(jiǎn)化工藝，有效地控制工藝成本是急待解決的關(guān)鍵性問題。以納米 晶存儲(chǔ)器為代表的Flash存儲(chǔ)器即具有這方面的優(yōu)勢(shì)。存儲(chǔ)器產(chǎn)業(yè)目前約占整個(gè)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的1/4 (見圖1)。在各種存儲(chǔ)器 中，F(xiàn)lash的產(chǎn)值也將逼近于DRAM (見圖2)。由于它的應(yīng)用日趨廣泛， 應(yīng)用于片上系統(tǒng)(SOC)中的非揮發(fā)性存儲(chǔ)器以Flash為主，因此未來仍會(huì)有 較大的成長(zhǎng)空間。傳統(tǒng)Flash存儲(chǔ)器的組成核心，是基于多晶硅薄膜浮柵結(jié)構(gòu)的硅基非.揮發(fā)性存儲(chǔ)器。不過，多晶硅薄膜浮柵器件具有制造工藝較復(fù)雜、寫入時(shí) 間長(zhǎng)、寫入功耗較大等缺點(diǎn)。尤其在微電子工業(yè)的工藝節(jié)點(diǎn)逐步趨向于65nm甚至更低的情況下，它的尺寸縮小將變得受限，因而只能延續(xù)到65nm 技術(shù)節(jié)點(diǎn)。而且隨著器件尺寸的減小，擦除電壓不斷增大，Vth更快地趨 于飽和，從而使得在提高擦除速度與增大存儲(chǔ)窗口之間只能進(jìn)行折衷選 擇。此外，由于非預(yù)想的柵電子注入，器件的可靠性也會(huì)受到影響。多晶硅薄膜浮柵存儲(chǔ)器的局限主要與器件的隧穿氧化層厚度有關(guān)。一 方面要求隧穿氧化層能實(shí)現(xiàn)快速有效的電荷轉(zhuǎn)移(低電場(chǎng))，另一方面要 具備較好的絕緣性能以保持信息存儲(chǔ)十年以上。出于折衷的考慮，隧穿氧 化層的厚度約為9至llnm。在器件制作工藝節(jié)點(diǎn)由l(im降到0.18pm的 過程中，此厚度幾乎沒有變動(dòng)。如果能降低隧穿氧化層的厚度，不僅有利 于在更小的工藝節(jié)點(diǎn)制作器件以縮小尺寸，更可以獲得降低操作電壓及加 快操作速度的好處。隨后SONOS (Poly-Si/Si02/Si3N4/Si02/Si)結(jié)構(gòu)的硅基非揮發(fā)性存儲(chǔ) 器也被提出，并獲得了廣泛的研究，它以Si3N4層作為電荷存儲(chǔ)介質(zhì)，具 有兼容于硅基微電子工藝的優(yōu)點(diǎn)。自從90年代中期以來，納米晶存儲(chǔ)器由于具備使用更薄隧穿氧化層， 更低的編程/擦除(P/E)電壓、更快的P/E速度、更強(qiáng)的數(shù)據(jù)保持特性 (retention)等的優(yōu)勢(shì)引起了科學(xué)界，產(chǎn)業(yè)界的極大關(guān)注。有關(guān)金屬納米 晶，Ge、 Si納米晶存儲(chǔ)器的文章蜂擁而出。采用納米晶材料可提高存儲(chǔ)器的電荷保持特性，其關(guān)鍵是沉積方法與 尺寸、分布的有效控制，為滿足高性能存儲(chǔ)器的需求，納米晶的密度需達(dá)到1012cm—2，直徑最好控制在5 6nm以下。與Si或Ge納米晶相比，采用金屬納米晶不會(huì)犧牲注入(injection) 效應(yīng)，而且采用那些功函數(shù)可調(diào)、在費(fèi)米能級(jí)附近態(tài)密度很高、由于載流 子局域而微擾小的金屬納米晶，可以增強(qiáng)存儲(chǔ)器保持特性。制備納米晶存儲(chǔ)器，其中關(guān)鍵工藝是納米晶薄膜的制備。其制備方法 多種多樣，主要包括以下幾種G)離子注入的方法形成納米晶顆粒；(2) 用磁控濺射加快速熱退火的方法形成納米晶顆粒；(3)用電子束蒸發(fā)加快 速熱退火的方法形成納米晶顆粒；(4) CVD直接生長(zhǎng)的方法制備納米晶 顆粒。用上方法制備納米晶顆粒均具有工藝復(fù)雜，設(shè)備龐大，成本較高等缺 點(diǎn)，并且制備出來的納米晶直徑較大，影響浮柵存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)性能。如何 克服上述困難，降低制備成本則成為制備納米晶浮柵存儲(chǔ)器的關(guān)鍵因素。發(fā)明內(nèi)容(一) 要解決的技術(shù)問題有鑒于此，本發(fā)明的一個(gè)目的在于提供一種納米晶浮柵非揮發(fā)性存儲(chǔ) 器，以提高存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)性能。本發(fā)明的另一個(gè)目的在于提供一種制作納米晶浮柵非揮發(fā)性存儲(chǔ)器 的方法，以簡(jiǎn)化制作工藝，降低制作成本，提高存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)性能。(二) 技術(shù)方案為達(dá)到上述一個(gè)目的，本發(fā)明提供了一種納米晶浮柵非揮發(fā)性存儲(chǔ)器，該納米晶浮柵非揮發(fā)性存儲(chǔ)器采用由硅基底、埋氧層和頂層硅構(gòu)成的 絕緣體上硅SOI作為襯底材料，硅基底起支撐作用，埋氧層起絕緣隔離作 用，利用頂層硅形成該納米晶浮柵非揮發(fā)性存儲(chǔ)器的源、漏和溝道，在源 漏上分別淀積金屬電極材料形成源極和漏極，在源漏之間的浮柵上淀積多 晶硅形成柵極。所述金屬電極材料為鋁金合金Al/Au，其中Al層厚度為140nm， Au 層厚度為20nm;所述浮柵采用的是納米金顆粒。為達(dá)到上述另一個(gè)目的，本發(fā)明提供了一種制作納米晶浮柵非揮發(fā)性 存儲(chǔ)器的方法，該方法包括步驟101:對(duì)SOI襯底的頂層硅進(jìn)行離子注入及快速退火；步驟102:在SOI襯底的頂層硅上涂敷電子抗蝕劑，對(duì)電子抗蝕劑進(jìn) 行光刻形成源、漏、溝道掩蔽圖形；步驟103:利用形成的源、漏、溝道掩蔽圖形為掩膜，刻蝕SOI襯底 的頂層硅形成源、漏、溝道圖形；步驟104:在SOI襯底的頂層硅上生長(zhǎng)二氧化硅隧穿氧化層；步驟105:將含有納米金顆粒的水溶液旋涂到SOI襯底材料上；步驟106:快速熱處理，使納米金顆粒沉積到SOI襯底材料上-， 步驟107:在納米金顆粒上淀積柵介質(zhì)層；步驟108:在柵介質(zhì)層上涂敷光學(xué)抗蝕劑，并光刻，確定源漏電極的位置；步驟109:腐蝕源漏區(qū)的氧化層，為源漏電極開出接觸孔，露出源漏區(qū)的頂層硅；步驟110:蒸發(fā)金屬電極材料，并剝離源漏區(qū)以外的金屬，合金，使 得源漏電極形成良好的歐姆接觸； 步驟lll:淀積多晶硅層；步驟112:在多晶硅層上涂敷光刻膠，光刻?hào)艆^(qū)以外的多晶硅層，形 成多晶硅柵電極。步驟101中所述離子注入為P"+離子注入，注入能量為20keV，注入 劑量為lxl015cm—2;所述快速退火條件為在N2氣氛中，在120(TC下快 速退火15秒。步驟102中所述電子抗蝕劑為負(fù)性電子抗蝕劑SAL601、 HSQ或 Calixarene，或者為正性電子抗蝕劑PMMA或ZEP520;涂敷轉(zhuǎn)速為 5000rpm，涂敷電子抗蝕劑后進(jìn)一步采用熱板在12(TC下前烘3分鐘；所述對(duì)電子抗蝕劑進(jìn)行光刻形成源、漏、溝道掩蔽圖形包括采用電 子束直寫曝光、后烘、顯影在電子抗蝕劑中形成源、漏、溝道圖形，電子 束曝光采用JBX-5000LS電子束光刻系統(tǒng)，采用50KeV加速電壓、150pA 電子束流、21至30iiC/cii^曝光劑量；后烘條件為12(TC、 3分鐘；顯影條 件為采用MF CD-26顯影液在室溫下顯影6至10分鐘。步驟103中所述刻蝕時(shí)采用的刻蝕方法為反應(yīng)離子刻蝕RIE、電感耦 合等離子ICP刻蝕或電子回旋共振ECR刻蝕，采用的刻蝕氣體為CC14、 BC13、 CHF3、 SF^CF2C12。當(dāng)利用SAL601電子抗蝕劑圖形作為掩膜采用高密度電感耦合等離子 體ICP刻蝕方法刻蝕SOI襯底的頂層硅時(shí)，采用CHF3氣體或cmvN2混 合氣體，CHF3流量為60sccm，在400W射頻功率下刻蝕1.5分鐘，然后進(jìn)一步采用濕法去膠法去除電子抗蝕劑掩膜，所述濕法去膠法是采用井3 號(hào)清洗液濃H2S04+H202煮膠。步驟104中所述生長(zhǎng)二氧化硅隧穿氧化層采用干氧氧化方法，氧氣流 量為0.6L/min,氧化溫度為700度，時(shí)間為10分鐘。步驟105中所述將含有納米金顆粒的水溶液旋涂到SOI襯底材料上采 用旋涂方法，轉(zhuǎn)速控制在0.5krpm，根據(jù)水溶液中含金顆粒的濃度計(jì)算旋 涂的次數(shù)。步驟106中所述快速熱處理采用熱板加熱的方法，熱板溫度控制在 100度，加熱IO分鐘。步驟107中所述淀積采用等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相淀積PECVD或低壓化 學(xué)氣相淀積LPCVD方法，所述柵介質(zhì)層為Si02薄膜，Si02薄膜的厚度為 大于等于30nm。步驟108中所述光學(xué)抗蝕劑為9912、 9918或AZ5214，涂敷光學(xué)抗蝕 劑后進(jìn)一步進(jìn)行前烘，光刻后進(jìn)行曝光顯影。當(dāng)采用9918光刻膠時(shí)，涂敷轉(zhuǎn)速4krpm，膠厚2um;所述前烘使用 熱板，溫度100度，時(shí)間卯秒；所述曝光的光強(qiáng)為5.0,時(shí)間50秒；所述 顯影時(shí)間70秒。步驟109中所述腐蝕采用氫氟酸緩沖液HF+NH4F+H20在常溫下進(jìn)行。步驟110中所述金屬電極材料為A1/Au合金，其中Al層厚度為140nm， Au層厚度為20nm;所述剝離源漏區(qū)以外的金屬包括在丙酮溶液中浸泡， 將源漏區(qū)以外帶膠部分的金屬去剝離；所述合金的條件為550°C, N2中20分鐘。步驟112中所述在多晶硅層上涂敷光刻膠采用9918光刻膠，轉(zhuǎn)速 4krpm，膠厚2um;涂敷光學(xué)抗蝕劑后進(jìn)一步進(jìn)行前烘，光刻后進(jìn)行曝光顯影；所述前烘 使用熱板，溫度100度，時(shí)間90秒；曝光的光強(qiáng)為5.0,時(shí)間50秒；顯影采用9918顯影液，顯影時(shí)間70秒；所述光刻利用光學(xué)抗蝕劑圖形作為掩膜，采用高密度電感耦合等離子體ICP刻蝕方法刻蝕多晶硅，形成多晶硅柵電極。(三)有益效果從上述技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明具有以下有益效果1、 本發(fā)明提供的這種制作納米晶浮柵非揮發(fā)性存儲(chǔ)器的方法，基于旋涂(Sping-Coating)的方法實(shí)現(xiàn)，與常規(guī)的制備納米晶浮柵非揮發(fā)性存 儲(chǔ)器比較，具有工藝靈活，設(shè)備簡(jiǎn)單，成本低廉，并且制備的納米Au顆 粒直徑可控，均勻性好，器件性能優(yōu)良等諸多優(yōu)點(diǎn)。2、 本發(fā)明采用了 SOI (silicon-on-insulator)襯底材料，納米晶浮柵非 揮發(fā)性存儲(chǔ)器的源、漏以及溝道都制備在SOI襯底材料表層Si上。因此， 通過SOI襯底材料中間的絕緣層使得器件減少結(jié)電容和漏電流，提高速 度，降低功耗，實(shí)現(xiàn)高速、低功耗的目的。3、 為了制備具有納米尺度的溝道結(jié)構(gòu)，本發(fā)明采用電子束光刻技術(shù)。 它是一種有效的納米加工手段，具有納米級(jí)的分辨率，特別是在原子序數(shù) 相對(duì)較小的硅基襯底上，分辨率更高，十分適合于制備小尺寸的線條。4、為了制備納米晶顆粒，本發(fā)明采用了旋涂的方法，把含有納米Au 顆粒的有機(jī)溶膠液涂旋到已加工好的襯底材料上，然后在通過高溫加熱的 方法使得有機(jī)溶液揮發(fā)，All顆粒沉積到溝道區(qū)。此步驟簡(jiǎn)單，方便的實(shí) 現(xiàn)了納米晶顆粒的制備，同時(shí)使得納米晶顆粒的直徑可控。


圖1目前半導(dǎo)體與存儲(chǔ)器產(chǎn)業(yè)發(fā)展?fàn)顩r示意圖； 圖2目前幾種重要存儲(chǔ)器的發(fā)展?fàn)顩r示意圖；圖3為本發(fā)明提供的納米晶浮柵非揮發(fā)性存儲(chǔ)器的三維結(jié)構(gòu)示意圖； 圖4為本發(fā)明提供的納米晶浮柵非揮發(fā)性存儲(chǔ)器的截面圖； 圖5為本發(fā)明提供的制作納米晶浮柵非揮發(fā)性存儲(chǔ)器的方法流程圖； 圖6為依照本發(fā)明實(shí)施例制作納米晶浮柵非揮發(fā)性存儲(chǔ)器的工藝流程圖。
具體實(shí)施方式
為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合具體實(shí) 施例，并參照附圖，對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。如圖3所示，圖3為本發(fā)明提供的納米晶浮柵非揮發(fā)性存儲(chǔ)器的三維 結(jié)構(gòu)示意圖。該納米晶浮柵非揮發(fā)性存儲(chǔ)器采用由硅基底、埋氧層和頂層 硅構(gòu)成的絕緣體上硅SOI作為襯底材料，硅基底起支撐作用，埋氧層起絕 緣隔離作用，利用頂層硅形成該納米晶浮柵非揮發(fā)性存儲(chǔ)器的源、漏和溝 道，在源漏上分別淀積金屬電極材料形成源極和漏極，在源漏之間的浮柵上淀積多晶硅形成柵極。所述金屬電極材料為鋁金合金Al/Au，其中A層厚度為140mn， Au 層厚度為20nm;所述浮柵采用的是納米金顆粒。關(guān)于本發(fā)明提供的這種納米晶浮柵非揮發(fā)性存儲(chǔ)器的結(jié)構(gòu)，還可以參 見圖4，圖4為本發(fā)明提供的納米晶浮柵非揮發(fā)性存儲(chǔ)器的截面圖?；趫D3和圖4提供的納米晶浮柵非揮發(fā)性存儲(chǔ)器，圖5示出了本發(fā) 明提供的制作納米晶浮柵非揮發(fā)性存儲(chǔ)器的方法流程圖，該方法包括以下 步驟步驟501:對(duì)SOI襯底的頂層硅進(jìn)行離子注入及快速退火； 步驟502:在SOI襯底的頂層硅上涂敷電子抗蝕劑，對(duì)電子抗蝕劑進(jìn)行光刻形成源、漏、溝道掩蔽圖形；步驟503:利用形成的源、漏、溝道掩蔽圖形為掩膜，刻蝕SOI襯底的頂層硅形成源、漏、溝道圖形；步驟504:在SOI襯底的頂層硅上生長(zhǎng)二氧化硅隧穿氧化層； 步驟505:將含有納米金顆粒的水溶液旋涂到SOI襯底材料上； 步驟506:快速熱處理，使納米金顆粒沉積到SOI襯底材料上； 步驟507:在納米金顆粒上淀積柵介質(zhì)層；步驟508:在柵介質(zhì)層上涂敷光學(xué)抗蝕劑，并光刻，確定源漏電極的 位置；步驟509:腐蝕源漏區(qū)的氧化層，為源漏電極開出接觸孔，露出源漏 區(qū)的頂層硅；步驟510:蒸發(fā)金屬電極材料，并剝離源漏區(qū)以外的金屬，合金，使 得源漏電極形成良好的歐姆接觸； 步驟511:淀積多晶硅層；步驟512:在多晶硅層上涂敷光刻膠，光刻?hào)艆^(qū)以外的多晶硅層，形 成多晶硅柵電極。上述步驟502中所述的電子抗蝕劑可采用SAL601、 Calixarene、 HSQ 等負(fù)性電子抗蝕劑或PMMA、 ZEP520正性電子抗蝕劑；所述的電子束光 刻可采用JEOL JBX-5000LS電子束光刻系統(tǒng)。上述步驟503中所述的干法刻蝕采用所述的刻蝕可采用CC14、 BC13、 CHF3、 SF6、 CF2Cl2等氣體，可采用反應(yīng)離子刻蝕(RIE)、電感耦合等離 子(ICP)刻蝕、電子回旋共振(ECR)刻蝕等刻蝕方法；所述的納米晶 浮柵非揮發(fā)性存儲(chǔ)器的溝道區(qū)寬度為50nm。上述步驟504中所述生長(zhǎng)二氧化硅隧穿氧化層采用干氧氧化方法，氧 氣流量為0.6L/min,氧化溫度為700度，時(shí)間為10分鐘。上述步驟505中所述將含有納米金顆粒的水溶液旋涂到SOI襯底材料 上采用旋涂方法，轉(zhuǎn)速控制在0.5krpm，根據(jù)水溶液中含金顆粒的濃度計(jì) 算旋涂的次數(shù)。上述步驟507中所述淀積采用等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相淀積(PECVD)或 低壓化學(xué)氣相淀積(LPCVD)方法，所述柵介質(zhì)層為Si02薄膜，&02薄 膜的厚度為大于等于30nm。上述步驟508中所述光學(xué)抗蝕劑可采用9912、 9918、 AZ5214等抗蝕劑，涂敷光學(xué)抗蝕劑后進(jìn)一步進(jìn)行前烘，光刻后進(jìn)行曝光顯影。200710064867.3說明書第11/13頁上述步驟510中所述金屬電極材料采用140rnn的Al加上20nrn的Au， 所述的合金(即退火)的條件為55(TC， N2中20分鐘。上述步驟512中所述光刻膠可采用9912、 9918、 AZ5214等抗蝕劑?；趫D5所述的制作納米晶浮柵非揮發(fā)性存儲(chǔ)器的方法流程圖，以下 結(jié)合具體的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明制作納米晶浮柵非揮發(fā)性存儲(chǔ)器的具體工藝 流程進(jìn)一步詳細(xì)說明。如圖6-l所示，對(duì)p型(100)晶向的SOI襯底(從下到上依次由硅 基底、375nm厚的埋氧層和50nm厚的頂層硅三層構(gòu)成)的頂層硅進(jìn)行注 入P"+離子，注入能量為20keV，注入劑量為lxl015cm—2，然后在N2氣氛 中，在1200'C下快速退火15秒。如圖6-2所示，在SOI襯底上涂敷1:1稀釋的SAL601負(fù)性化學(xué)放大 電子抗蝕劑，涂敷轉(zhuǎn)速為5000rpm，并采用熱板在120。C下前烘3分鐘。采用電子束直寫曝光、后烘、顯影在電子抗蝕劑中形成源、漏、溝道 圖形，電子束曝光采用JBX-5000LS電子束光刻系統(tǒng)，采用50KeV加速 電壓、150pA電子束流、21至30)iC/cm2曝光劑量。后烘條件為120°C、 3 分鐘。采用MF CD-26顯影液在室溫下顯影6至10分鐘。如圖6-3所示，利用SAL601電子抗蝕劑圖形作為掩膜采用高密度電 感耦合等離子體(ICP)刻蝕方法刻蝕SOI襯底的頂層硅，從而把電子束 抗蝕劑圖形轉(zhuǎn)移到頂層硅上。ICP刻蝕采用CHF3氣體或CffiVN2混合氣 體，CHF3流量為60sccm，在400W射頻功率下刻蝕，1.5分鐘。接著采用 濕法去膠法(用#3號(hào)清洗液即濃H2SCM"H202煮膠)去除電子抗蝕劑掩膜。如圖6-4所示，采用干氧氧化的方法在SOI表層硅上生長(zhǎng)一層3nm的 二氧化硅隧穿氧化層。氧氣流量為0.6L/min,氧化溫度為700度，時(shí)間為 IO分鐘。如圖6-5所示，利用旋涂的方法把含有納米金顆粒的水溶液旋涂到SOI 襯底材料上，轉(zhuǎn)速控制在0.5krpm，根據(jù)水溶液中含金顆粒的濃度計(jì)算旋 涂的次數(shù)。如圖6-6所示，使用熱板加熱的方法使的溶液中的水份揮發(fā)，納米金 顆粒沉積到SOI襯底材料的表面，熱板溫度控制在100度，加熱10分鐘。 如圖6-7所示，采用PECVD或LPCVD方法淀積30nm厚的Si02介質(zhì)層，作為柵介質(zhì)層。如圖6-8所示，采用9918光刻膠，轉(zhuǎn)速4krpm，膠厚2um;前烘使 用熱板，溫度100度，時(shí)間90秒；光學(xué)曝光,光強(qiáng)5.0,時(shí)間50秒；9918 顯影液，顯影時(shí)間70秒。如圖6-9所示，釆用稀HF溶液腐蝕源漏區(qū)的氧化層，為源漏電極開 出接觸孔。如圖6-10所示，電子束蒸發(fā)140nmAL/20nmAu，作為源漏電極。 如圖6-ll所示，在丙酮溶液中浸泡，剝離，使得其它帶膠部分的金屬去除掉，然后在550度，N2氣氛中，退火20分鐘，使得源漏電極形成良好的歐姆接觸。如圖6-12所示，淀積多晶硅。如圖6-13所示，采用9918光刻膠，轉(zhuǎn)速4krpm，膠厚2um;前烘使用熱板，溫度100度，時(shí)間90秒；光學(xué)曝光,光強(qiáng)5.0，時(shí)間50秒；9918 顯影液，顯影時(shí)間70秒。如圖6-14所示，利用光學(xué)抗蝕劑圖形作為掩膜采用高密度電感耦合等 離子體(ICP)刻蝕方法刻蝕多晶硅，形成多晶硅柵圖形。以上所述的具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行 了進(jìn)一步詳細(xì)說明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施例而 已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修 改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1. 一種納米晶浮柵非揮發(fā)性存儲(chǔ)器，其特征在于，該納米晶浮柵非揮發(fā)性存儲(chǔ)器采用由硅基底、埋氧層和頂層硅構(gòu)成的絕緣體上硅SOI作為襯底材料，硅基底起支撐作用，埋氧層起絕緣隔離作用，利用頂層硅形成該納米晶浮柵非揮發(fā)性存儲(chǔ)器的源、漏和溝道，在源漏上分別淀積金屬電極材料形成源極和漏極，在源漏之間的浮柵上淀積多晶硅形成柵極。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的納米晶浮柵非揮發(fā)性存儲(chǔ)器，其特征在于， 所述金屬電極材料為鋁金合金A1/Au，其中A1層厚度為140nm， Au層厚 度為20nm;所述浮柵采用的是納米金顆粒。
3、 一種制作納米晶浮柵非揮發(fā)性存儲(chǔ)器的方法，其特征在于，該方 法包括步驟101:對(duì)SOI襯底的頂層硅進(jìn)行離子注入及快速退火； 步驟102:在SOI襯底的頂層硅上涂敷電子抗蝕劑，對(duì)電子抗蝕劑進(jìn)行光刻形成源、漏、溝道掩蔽圖形；步驟103:利用形成的源、漏、溝道掩蔽圖形為掩膜，刻蝕SOI襯底的頂層硅形成源、漏、溝道圖形；步驟104:在SOI襯底的頂層硅上生長(zhǎng)二氧化硅隧穿氧化層； 步驟105:將含有納米金顆粒的水溶液旋涂到SOI襯底材料上； 步驟106:快速熱處理，使納米金顆粒沉積到SOI襯底材料上； 步驟107:在納米金顆粒上淀積柵介質(zhì)層；步驟108:在柵介質(zhì)層上涂敷光學(xué)抗蝕劑，并光刻，確定源漏電極的位置；步驟109:腐蝕源漏區(qū)的氧化層，為源漏電極開出接觸孔，露出源漏 區(qū)的頂層硅；步驟110:蒸發(fā)金屬電極材料，并剝離源漏區(qū)以外的金屬，合金，使 得源漏電極形成良好的歐姆接觸； 步驟lll:淀積多晶硅層；步驟112:在多晶硅層上涂敷光刻膠，光刻?hào)艆^(qū)以外的多晶硅層，形 成多晶硅柵電極。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的制作納米晶浮柵非揮發(fā)性存儲(chǔ)器的方法，其特征在于，步驟101中所述離子注入為P"+離子注入，注入能量為20keV， 注入劑量為lxl015cm—2;所述快速退火條件為在N2氣氛中，在120(TC下快速退火15秒。
5、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的制作納米晶浮柵非揮發(fā)性存儲(chǔ)器的方法， 其特征在于，步驟102中所述電子抗蝕劑為負(fù)性電子抗蝕劑SAL601、HSQ 或Calixarene，或者為正性電子抗蝕劑PMMA或ZEP520;涂敷轉(zhuǎn)速為 5000rpm，涂敷電子抗蝕劑后進(jìn)一步采用熱板在12(TC下前烘3分鐘；所述對(duì)電子抗蝕劑進(jìn)行光刻形成源、漏、溝道掩蔽圖形包括采用電 子束直寫曝光、后烘、顯影在電子抗蝕劑中形成源、漏、溝道圖形，電子 束曝光采用JBX-5000LS電子束光刻系統(tǒng)，采用50KeV加速電壓、150pA 電子束流、21至3(VC/cn^曝光劑量；后烘條件為120°C、 3分鐘；顯影條 件為采用MFCD-26顯影液在室溫下顯影6至IO分鐘。
6、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的制作納米晶浮柵非揮發(fā)性存儲(chǔ)器的方法，其特征在于，步驟103中所述刻蝕時(shí)采用的刻蝕方法為反應(yīng)離子刻蝕RIE、電感耦合等離子ICP刻蝕或電子回旋共振ECR刻蝕，采用的刻蝕氣體為 CC14、 BC13、 CHF3、 SF^CF2C12。
7、 根據(jù)權(quán)利要求6所述的制作納米晶浮柵非揮發(fā)性存儲(chǔ)器的方法， 其特征在于，當(dāng)利用SAL601電子抗蝕劑圖形作為掩膜采用高密度電感耦 合等離子體ICP刻蝕方法刻蝕SOI襯底的頂層硅時(shí)，采用CHF3氣體或 CHF3/N2混合氣體，CHF3流量為60sccm，在400W射頻功率下刻蝕1.5分 鐘，然后進(jìn)一步采用濕法去膠法去除電子抗蝕劑掩膜，所述濕法去膠法是 采用#3號(hào)清洗液濃H2S04+H202煮膠。
8、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的制作納米晶浮柵非揮發(fā)性存儲(chǔ)器的方法， 其特征在于，步驟104中所述生長(zhǎng)二氧化硅隧穿氧化層采用千氧氧化方法， 氧氣流量為0.6L/min,氧化溫度為700度，時(shí)間為10分鐘。
9、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的制作納米晶浮柵非揮發(fā)性存儲(chǔ)器的方法， 其特征在于，步驟105中所述將含有納米金顆粒的水溶液旋涂到SOI襯底 材料上采用旋涂方法，轉(zhuǎn)速控制在0.5krpm，根據(jù)水溶液中含金顆粒的濃度計(jì)算旋涂的次數(shù)。
10、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的制作納米晶浮柵非揮發(fā)性存儲(chǔ)器的方法， 其特征在于，步驟106中所述快速熱處理采用熱板加熱的方法，熱板溫度 控制在100度，加熱IO分鐘。
11、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的制作納米晶浮柵非揮發(fā)性存儲(chǔ)器的方法， 其特征在于，步驟107中所述淀積采用等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相淀積PECVD 或低壓化學(xué)氣相淀積LPCVD方法，所述柵介質(zhì)層為Si02薄膜，Si02薄膜的厚度為大于等于30nm。
12、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的制作納米晶浮柵非揮發(fā)性存儲(chǔ)器的方法， 其特征在于，步驟108中所述光學(xué)抗蝕劑為9912、 9918或AZ5214，涂敷 光學(xué)抗蝕劑后進(jìn)一步進(jìn)行前烘，光刻后進(jìn)行曝光顯影。
13、 根據(jù)權(quán)利要求12所述的制作納米晶浮柵非揮發(fā)性存儲(chǔ)器的方法, 其特征在于，當(dāng)采用9918光刻膠時(shí)，涂敷轉(zhuǎn)速4krpm，膠厚2um;所述 前烘使用熱板，溫度100度，時(shí)間90秒；所述曝光的光強(qiáng)為5.0,時(shí)間50 秒；所述顯影時(shí)間70秒。
14、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的制作納米晶浮柵非揮發(fā)性存儲(chǔ)器的方法， 其特征在于，步驟109中所述腐蝕采用氫氟酸緩沖液HF+NH4F+H20在常 溫下進(jìn)行。
15、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的制作納米晶浮柵非揮發(fā)性存儲(chǔ)器的方法， 其特征在于，步驟110中所述金屬電極材料為Al/Au合金，其中Al層厚 度為140nm， Au層厚度為20nm;所述剝離源漏區(qū)以外的金屬包括在丙酮溶液中浸泡，將源漏區(qū)以外 帶膠部分的金屬去剝離；所述合金的條件為550°C， N2中20分鐘。
16、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的制作納米晶浮柵非揮發(fā)性存儲(chǔ)器的方法， 其特征在于，步驟112中所述在多晶硅層上涂敷光刻膠采用9918光刻膠， 轉(zhuǎn)速4krpm，膠厚2um;涂敷光學(xué)抗蝕劑后進(jìn)一步進(jìn)行前烘，光刻后進(jìn)行曝光顯影；所述前烘 使用熱板，溫度100度，時(shí)間90秒；曝光的光強(qiáng)為5.0,時(shí)間50秒；顯影采用9918顯影液，顯影時(shí)間70秒；所述光刻利用光學(xué)抗蝕劑圖形作為掩膜，采用高密度電感耦合等離子體ICP刻蝕方法刻蝕多晶硅，形成多晶硅柵電極。
全文摘要
本發(fā)明涉及納米電子器件及納米加工技術(shù)領(lǐng)域，公開了一種納米晶浮柵非揮發(fā)性存儲(chǔ)器，采用由硅基底、埋氧層和頂層硅構(gòu)成的絕緣體上硅(SOI)作為襯底材料，硅基底起支撐作用，埋氧層起絕緣隔離作用，利用頂層硅形成該納米晶浮柵非揮發(fā)性存儲(chǔ)器的源、漏和溝道，在源漏上分別淀積金屬電極材料形成源極和漏極，在源漏之間的浮柵上淀積多晶硅形成柵極。本發(fā)明同時(shí)公開了一種制作納米晶浮柵非揮發(fā)性存儲(chǔ)器的方法。利用本發(fā)明，具有工藝靈活，設(shè)備簡(jiǎn)單，成本低廉，并且制備的納米Au顆粒直徑可控，均勻性好，器件性能優(yōu)良等諸多優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)H01L29/49GK101276841SQ20071006486
公開日2008年10月1日 申請(qǐng)日期2007年3月28日 優(yōu)先權(quán)日2007年3月28日
發(fā)明者明 劉, 葉甜春, 李維龍, 琴 王, 銳 賈, 陳寶欽, 龍世兵 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院微電子研究所