[发明专利]一种存储器及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种存储器及其制造方法，尤其涉及一种高k纳米晶存储器及其制造方法，其通过在氮化硅电荷俘获层的上、下界面引入高k纳米晶层，提高存储器存储电荷的能力。 

背景技术

伴随半导体工艺技术的不断发展，非挥发性存储器技术有了飞速的发展。以最具代表性的闪速存储器（Flash Memory）为例，其先后经历了浮栅存储器、NROM（Nitride Read－Only Memory）与SONOS（Silicon Oxide Nitride Oxide Silicon）存储器。现今，非挥发性闪速存储器集成密度越来越高，存储单元尺寸越来越小，传统的闪速存储器结构已不能满足存储技术发展的需要。因此，突破传统的限制，采用新的电荷俘获层结构和介质材料，以增加俘获电荷的密度，改善快闪存储器在擦写速度和记忆保持时间之间存在的问题。 

本发明采用纳米晶结构和电荷俘获层结构相结合，纳米晶结构能提供更多的电荷势阱，有利于增加电荷的俘获数量，获得更大的存储窗口，同时电荷俘获层结构可以提供额外的电荷陷阱，增加俘获电荷密度，增大擦写窗口，实现阈值电压在编程和擦除状态下有较大的偏移。 

发明内容

根据本发明的一个方面，提供了一种存储器，包括：半导体衬底；沟道区，位于所述半导体衬底上；栅堆叠，位于所述沟道区上，所述栅堆叠包括隧穿层、电荷俘获层、阻挡层和栅电极层，所述隧穿层位于所述沟道区上，所述电荷俘获层位于所述隧穿层上，所述阻挡层位于所述电荷俘获层上，所述栅电极层位于所述阻挡层上；源/漏区，位于所述沟道区两侧且嵌入所述半导体衬底中；所述电荷俘获层包括第一电荷俘获层和第二电荷俘获层，其中，第二电荷俘获层位于第一电荷俘获层的上面和下面中的至少一处。 

优选地，所述隧穿层或阻挡层包括氧化硅层或高k栅介质层中的一种或多种的组合，其中，所述隧穿层或阻挡层至少一处包括高k栅介质层。 

在上述方案中，所述高k栅介质层包括：HfO₂、HfON、HfAlON、HfTaON、HfTiON中的任一种或多种的组合。 

优选地，所述第一电荷俘获层包括氮化硅层或金属氧化物层中的一种或多种的组合。 

在上述方案中，所述金属氧化物层包括：Al₂O₃、Ta₂O₅、TiO₂中的任一种或多种的组合。 

优选地，所述第二电荷俘获层包括纳米晶层，并且位于第一电荷俘获层的上面和下面中的至少一处。 

优选地，所述纳米晶层包括高k纳米晶层，具体地，所述高k纳米晶层包括HfSiON、HfAlON、HfTaON、HfTiON、HfAlSiON、HfTaSiON、HfTiSiON中的任一种或多种的组合。 

优选地，所述栅电极层包括金属栅层。 

优选地，所述金属栅层包括金属氮化物层，具体地，所述金属氮化物层包括TaN、TiN、AlNx、TiAlN、MoAlN中的任一种或多种的组合。 

根据本发明的另一个方面，提供了一种存储器的制备方法，包括：提供半导体衬底；在所述半导体衬底上形成栅堆叠，所述栅堆叠包括隧穿层、电荷俘获层、阻挡层和栅电极层；在所述栅堆叠的两侧形成侧墙；在所述栅堆叠的两侧的所述半导体衬底中形成源/漏区。 

优选地，所述在半导体衬底上形成栅堆叠的步骤包括：在所述半导体衬底上形成隧穿层；在所述隧穿层上形成电荷俘获层；在所述电荷俘获层上形成阻挡层；在所述阻挡层上形成栅电极层；对所述栅电极层、阻挡层、电荷俘获层和隧穿层进行图案化刻蚀，形成栅堆叠。 

其中，在所述隧穿层上形成电荷俘获层的步骤可以包括：在所述隧穿层上形成第一电荷俘获层；在所述第一电荷俘获层上形成阻挡层；对所述电荷俘获层进行热退火处理；其中，第一电荷俘获层为氮化硅层或金属氧化物层中的一种或多种的组合，隧穿层或阻挡层至少一处为高k栅介质层。热退火后，氮化硅层或金属氧化物层与高k栅介质层发生反应，形成高k纳米晶层，作为第二电荷俘获层。 

优选地，在所述阻挡层上形成栅电极层的步骤可以包括：在所述阻挡层上形成金属氮化物层。 

本发明提供的这种存储器及其制备方法，采用纳米晶结构和电荷俘获层结构相结合，纳米晶能提供更多的电荷势阱，有利于增加电荷的俘获数量，获得更大的存储窗口，同时电荷俘获层结构可以提供额外的电荷陷阱，增加俘获电荷密度，增大擦写窗口，实现阈值电压在编程和擦除状态下有较大的偏移。 

附图说明