專利名稱：鍺/硅復(fù)合納米晶粒浮柵結(jié)構(gòu)mosfet存儲(chǔ)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種納米晶粒浮柵結(jié)構(gòu)的MOSFET存儲(chǔ)器，尤其是鍺/硅復(fù)合納米晶粒浮柵結(jié)構(gòu)MOSFET存儲(chǔ)器。
浮柵結(jié)構(gòu)MOSFET存儲(chǔ)器是重要的半導(dǎo)體元器件，廣泛應(yīng)用于電子和計(jì)算機(jī)行業(yè)。自1996年提出在室溫下工作的硅納米晶粒浮柵結(jié)構(gòu)的MOSFET存儲(chǔ)器以來，人們在這一研究方面已經(jīng)做了大量的工作。該存儲(chǔ)器具有小體積、高密度、低能耗、多閾值、高速度、易與邏輯電路集成等特點(diǎn)，被認(rèn)為是將首先在大規(guī)模集成電路中得到應(yīng)用的納米量子功能器件。在這種器件結(jié)構(gòu)中，鑲嵌在二氧化硅中的硅納米晶粒置于源漏溝道和控制柵之間，直接隧穿電荷注入納米晶粒從而導(dǎo)致器件閾值的改變。但是，對于這種單勢阱的結(jié)構(gòu)，存在著其擦寫時(shí)間(電壓)和存儲(chǔ)時(shí)間之間的矛盾。因而，較快的擦寫時(shí)間，存儲(chǔ)時(shí)間僅為數(shù)日。
本發(fā)明的目的是為了解決擦寫時(shí)間(電壓)和存儲(chǔ)時(shí)間之間的矛盾，提出一種采用鍺/硅復(fù)合納米晶粒替代硅納米晶粒作為MOSFET存儲(chǔ)器，即電荷存儲(chǔ)單元，使其在較快的擦寫時(shí)間條件下，仍然有很長的存儲(chǔ)時(shí)間。
本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的鍺/硅復(fù)合納米晶粒浮柵結(jié)構(gòu)MOSFET存儲(chǔ)器，即金屬-氧化物-半導(dǎo)體存儲(chǔ)器，以鍺/硅復(fù)合納米晶粒鑲嵌在二氧化硅中浮柵存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)，以二氧化硅和半導(dǎo)體分別制成源漏極和由金屬制成柵極。鑲嵌在二氧化硅中的硅納米晶粒置于源漏溝道和控制柵之間，直接隧穿電荷注入納米晶粒從而導(dǎo)致器件閾值的改變。復(fù)合納米結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)器半導(dǎo)體鍺的禁帶寬度(0.68eV)小于硅的禁帶寬度(1.12eV)。在鍺/硅復(fù)合納米晶粒結(jié)構(gòu)作為MOSFET存儲(chǔ)器電荷存儲(chǔ)單元中，單勢阱變成復(fù)合勢阱，注入的電荷被存儲(chǔ)在鍺點(diǎn)之中。這樣可以保證在擦寫時(shí)間基本不變的情況下，使存儲(chǔ)時(shí)間顯著增加，從而達(dá)到使納米結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)器既能快速擦寫編程，又能長久存儲(chǔ)。
在實(shí)驗(yàn)研究上，通過采用超低壓化學(xué)氣相外延技術(shù)與化學(xué)選擇腐蝕相結(jié)合制備了鍺/硅復(fù)合納米晶粒結(jié)構(gòu)，并利用MOS電容測量研究存儲(chǔ)器的電學(xué)特性。結(jié)果顯示，電荷存儲(chǔ)時(shí)間顯著增加，特別是空穴的存儲(chǔ)特性明顯地優(yōu)于電子的存儲(chǔ)特性。
模擬計(jì)算研究結(jié)果表明，鍺/硅復(fù)合納米晶粒結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)器在低壓下即可實(shí)現(xiàn)us和ns量級編程。與硅納米結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)器相比，由于復(fù)合勢阱的作用，器件的電荷保持時(shí)間提高了三個(gè)量級。有效地解決了快速擦寫編程與長久存儲(chǔ)之間的矛盾，使器件的性能得到明顯的改善，可能在器件上得到廣泛應(yīng)用。


圖1為Ge/Si復(fù)合納米結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)器的截面示意圖(a)和能帶簡圖(b)。
圖2為Ge/Si復(fù)合納米結(jié)構(gòu)與Si納米結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)器時(shí)間特性的比較如圖所示，Ge/Si復(fù)合納米結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)器的結(jié)構(gòu)與硅的納米結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)器的截面示意圖并無不同，但能帶簡圖(b)不同。
圖2Ge/Si復(fù)合納米結(jié)構(gòu)(圖a)與Si納米結(jié)構(gòu)(圖b)存儲(chǔ)器時(shí)間特性的比較中均看出。在這種器件結(jié)構(gòu)中，鑲嵌在二氧化硅中的硅納米晶粒置于源漏溝道和控制柵之間，直接隧穿電荷注入納米晶粒從而導(dǎo)致器件閾值的改變。鍺/硅復(fù)合納米晶粒與硅納米晶粒作為MOSFET存儲(chǔ)器比較，使其在較快的擦寫時(shí)間條件下，仍然有很長的存儲(chǔ)時(shí)間(縱座標(biāo))。
Ge/Si復(fù)合納米晶粒4浮柵結(jié)構(gòu)的MOSFET存儲(chǔ)器的制作與傳統(tǒng)的納米晶粒浮柵結(jié)構(gòu)的MOSFET存儲(chǔ)器的制作方法相同。由半導(dǎo)體分別制成源漏極1、2和由多晶硅或金屬制成柵極3。
權(quán)利要求
1．鍺/硅復(fù)合納米晶粒浮柵結(jié)構(gòu)MOSFET存儲(chǔ)器，即金屬-氧化物-半導(dǎo)體存儲(chǔ)器，以鍺/硅復(fù)合納米晶粒鑲嵌在二氧化硅中浮柵存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)。
全文摘要
鍺/硅復(fù)合納米晶粒浮柵結(jié)構(gòu)MOSFET存儲(chǔ)器,即金屬－氧化物－半導(dǎo)體存儲(chǔ)器,以鍺/硅復(fù)合納米晶粒鑲嵌在二氧化硅中浮柵存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu),本發(fā)明提出了一種采用鍺/硅復(fù)合納米晶粒替代硅納米晶粒作為NOSFET存儲(chǔ)器,即電荷存儲(chǔ)單元,使其在較快的擦寫時(shí)間條件下,仍然有很長的存儲(chǔ)時(shí)間。
文檔編號H01L27/105GK1305232SQ01108248
公開日2001年7月25日 申請日期2001年2月27日 優(yōu)先權(quán)日2001年2月27日
發(fā)明者施毅, 鄭有炓, 顧書林, 吳軍, 楊紅官, 袁曉莉, 張 榮, 韓平, 沈波, 胡立群, 江若璉, 朱順明 申請人:南京大學(xué)