專利名稱：一種自組裝制備內(nèi)嵌金屬量子點絕緣介質(zhì)膜的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種自組裝制備內(nèi)嵌金屬量子點絕緣介質(zhì)膜的方法。
背景技術(shù)：
近年來，取代HDD硬盤的Solid State Davie (SSD)電腦的誕生標志著Flash memory的應(yīng)用進入了一個新的階段，將成為推動半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)展的新驅(qū)動力。同時，隨著市場的日益擴大，要求flash memory具有更高的集成度和更高的性能。這些要求可以通過 memory器件單元的微細化來實現(xiàn)。但是，具有多晶硅浮柵結(jié)構(gòu)的傳統(tǒng)flash memory的微細化卻面臨著嚴峻的挑戰(zhàn)。首先，flash memory的微細化大大降低了數(shù)據(jù)存儲的可靠性，縮短了電荷蓄積時間。另外，微細化加劇了短溝道效應(yīng)，增加了功耗以及memory單元之間的干擾。為了解決這些問題必須從器件的結(jié)構(gòu)和原理上突破。具有金屬量子點浮柵結(jié)構(gòu)的新型非揮發(fā)存儲器可以解決上述問題。由于金屬量子點的周圍被絕緣膜包圍，成為一個個孤立的電荷存儲單元，抑制了電荷在浮柵內(nèi)的移動，從而大大提高了電荷的存儲時間。特別是具有高功函數(shù)的金屬量子點，可以降低了電荷從量子點隧穿到溝道的隧穿幾率，進一步提高電荷存儲可靠性。在保持可靠性一定的同時，可以對氧化層進行薄膜化，實現(xiàn)器件的微細化。金屬量子點非揮發(fā)存儲器具有廣闊的應(yīng)用前景。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種適用于非揮發(fā)存儲器的自組裝制備內(nèi)嵌金屬量子點絕緣介質(zhì)膜的方法。本發(fā)明的方法，無需后續(xù)退火等處理工藝，單步工藝即可獲得內(nèi)嵌高密度金屬量子點的絕緣介質(zhì)膜，方法簡單、易行。由于制備溫度低，可以大大降低制造成本、提高產(chǎn)品良率。并且可以大大擴大襯底的適用范圍，不僅適合于硅基非揮發(fā)存儲器，而且可以適用于玻璃或者塑料基板非揮發(fā)存儲器。一種自組裝制備內(nèi)嵌金屬量子點絕緣介質(zhì)膜的方法，包括如下步驟
(1)選取絕緣靶材，并在絕緣靶材上擺放金屬塊，所述金屬塊為Co，W,Pt,或Ta;
(2)對上述靶材進行濺射成膜，濺射氣氛為氬氣，襯底為熱氧化二氧化硅的ρ型硅片。在上述方法中，所述絕緣靶材為SiO2, Al2O3或Si3N4。在上述方法中，所述金屬塊對絕緣靶材的覆蓋率為5-30%。在上述方法中，功率為5(Tl50W，本體真空度< 10_5Pa，濺射時工作氣壓為 0. 05^1. 5Pa,靶材和襯底的距離為20cm，襯底未加溫，襯底旋轉(zhuǎn)速度為75rpm/min。絕緣介質(zhì)靶材大小為2寸，金屬小塊的大小為5mmX5mmXl. 5mm。通過調(diào)節(jié)金屬小塊的個數(shù)，即金屬小塊對絕緣介質(zhì)靶材的覆蓋率，來調(diào)節(jié)薄膜中金屬量子點的密度。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點
1.本發(fā)明金屬量子點自組裝鑲嵌在絕緣介質(zhì)中，無需后續(xù)處理，工藝簡單。由于金屬量子點周圍直接被絕緣膜包圍，因此可以防止金屬量子點在工藝過程中的擴散；
2.成膜溫度低，可以適合玻璃、塑料等各種不同的襯底，降低器件制造過程中的能耗；3.該制備方法簡單易行，適合不同金屬和不同絕緣介質(zhì)；
4.該方法制備的金屬量子點微細，密度高，室溫下濺射即可獲得內(nèi)嵌金屬量子點的薄膜，量子點大小2-5nm，密度>1012/cm2。


圖1為自組裝制備內(nèi)嵌金屬量子點薄膜的示意圖2為內(nèi)嵌金屬鈷量子點的二氧化硅薄膜斷面透射電子顯微鏡照片； 圖3為內(nèi)嵌金屬鈷量子點的二氧化硅薄膜的平面透射電子顯微鏡照片； 圖4為內(nèi)嵌金屬鎢量子點的二氧化硅薄膜斷面透射電子顯微鏡照片； 圖5為內(nèi)嵌金屬鎢量子點的氮化硅薄膜斷面透射電子顯微鏡照片。
具體實施例方式下面通過實施例進一步描述本發(fā)明實施例1
磁控濺射的靶材為2寸的石英靶材，上面均勻擺放5mmX5mmXl. 5mm的金屬鈷小塊10 個。P型(100)硅片經(jīng)過標準清洗后，通過熱氧化生長二氧化硅，厚度約為5nm。將上述硅片放入磁控濺射反應(yīng)腔中。濺射條件為腔體本體真空度為4xlO_6Pa，氧氣流量為Ssccm，靶上所加RF電源功率為100W，工作氣壓為0. 089Pa，襯底不加熱，襯底轉(zhuǎn)速為75rpm/min，濺射時間為150秒。圖1是制備方法的示意圖。測試結(jié)果表明，濺射所得薄膜的厚度為3nm。 平面樣品和截面樣品經(jīng)透射電鏡觀察，如圖2和3所示，金屬量子點大小2-3nm，密度約為 hl012/cm2，量子點之間由二氧化硅隔離。 實施例2
磁控濺射的靶材為2寸的石英靶材，上面均勻擺放5mmX5mmXl. 5mm的金屬鎢小塊10 個。P型(100)硅片經(jīng)過標準清洗后，通過熱氧化生長二氧化硅，厚度約為5nm。將上述硅片放入磁控濺射反應(yīng)腔中。濺射條件為腔體本體真空度為3xlO_6Pa，氧氣流量為Ssccm，靶上所加RF電源功率為100W，工作氣壓為0. 086Pa,襯底不加熱，襯底轉(zhuǎn)速為75rpm/min，濺射時間為180秒。測試結(jié)果表明，濺射所得薄膜的厚度為2-3nm。平面樣品和截面樣品經(jīng)透射電鏡觀察，如圖4所示，金屬量子點大小2-3nm，密度約為^1012/cm2，量子點之間由二氧化硅隔離。
實施例3
磁控濺射的靶材為2寸的氮化硅靶材，上面均勻擺放5mmX5mmXl. 5mm的金屬鎢小塊10 個。P型(100)硅片經(jīng)過標準清洗后，通過熱氧化生長二氧化硅，厚度約為5nm。將上述硅片放入磁控濺射反應(yīng)腔中。濺射條件為腔體本體真空度為^10_6Pa，氧氣流量為Ssccm，靶上所加RF電源功率為100W，工作氣壓為0. 086Pa，襯底不加熱，襯底轉(zhuǎn)速為75rpm/min，濺射時間為170秒。測試結(jié)果表明，濺射所得薄膜的厚度為2-3nm。平面樣品和截面樣品經(jīng)透射電鏡觀察，如圖5所示，金屬量子點大小2-3nm，密度約為^cl012/cm2，量子點之間由氮化硅隔離。
權(quán)利要求
1.一種自組裝制備內(nèi)嵌金屬量子點絕緣介質(zhì)膜的方法，其特征在于包括如下步驟(1)選取絕緣靶材，并在絕緣靶材上擺放金屬塊，所述金屬塊為Co，W,Pt,或Ta;(2)對上述靶材進行濺射成膜，濺射氣氛為氬氣，襯底為熱氧化二氧化硅的ρ型硅片。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述絕緣靶材為HfO2,SiO2, Al2O3或Si3N4。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述金屬塊對絕緣靶材的覆蓋率為5-30%。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述絕緣靶材大小為2寸，金屬塊大小為 5mmx5mmxl. 5mm0
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述濺射成膜的條件為功率為5(T150W，本體真空度< 10_5Pa，濺射時工作氣壓為0. 05^1. 5Pa,絕緣靶材和襯底的距離為20cm，襯底未加溫，襯底旋轉(zhuǎn)速度為75rpm/min。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種自組裝制備內(nèi)嵌金屬量子點絕緣介質(zhì)膜的方法。本發(fā)明采用磁控濺射的方法在室溫下制備金屬量子點絕緣介質(zhì)膜。靶材由絕緣靶材其上擺放金屬小塊構(gòu)成，然后通過共濺射，室溫下即可獲得納米尺寸的、均勻分布于絕緣介質(zhì)膜中的金屬量子點。根據(jù)靶材中金屬小塊的選擇和絕緣靶材的選擇可以實現(xiàn)不同種金屬量子點和不同種絕緣介質(zhì)的制備。該制備方法簡單、對設(shè)備要求低、適合多種金屬量子點和多種絕緣介質(zhì)的制備。
文檔編號H01L21/203GK102509701SQ201110364888
公開日2012年6月20日 申請日期2011年11月17日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月17日
發(fā)明者王鋼, 裴艷麗 申請人:中山大學(xué)