專利名稱：量子點(diǎn)增強(qiáng)f－n隧穿非揮發(fā)存儲(chǔ)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
量子點(diǎn)增強(qiáng)F-N隧穿非揮發(fā)存儲(chǔ)器，屬于存儲(chǔ)器設(shè)計(jì)技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
在全球Flash Memory的市場中，NAND結(jié)構(gòu)的Flash Memory占有60％的份額。在FlashMemory的各項(xiàng)性能中，電子注入效率和電壓(功耗)是十分重要的指標(biāo)。
NAND結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)器單元的編程和擦除都是采用F-N隧穿的方式，結(jié)構(gòu)為浮柵薄氧化層(FLOTOX)結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)中，電子向浮柵的注入效率遠(yuǎn)高于NOR結(jié)構(gòu)的CHE注入方式，但是由于F-N隧穿需要相對(duì)較高的電場，因此編程和擦除電壓也較高。商業(yè)化的基于F-N隧穿的存儲(chǔ)器編程和擦除的電壓高達(dá)20V。高電壓導(dǎo)致了更為復(fù)雜的外圍電路，另外，編程和擦除操作過程中隧穿氧化層內(nèi)的高電場是導(dǎo)致電荷陷阱和界面態(tài)的主要原因，影響存儲(chǔ)器的可靠性，這些都妨礙了進(jìn)一步提高Flash Memory的性能和存儲(chǔ)密度。
實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于提出一種量子點(diǎn)增強(qiáng)F-N隧穿非揮發(fā)存儲(chǔ)器。該存儲(chǔ)器解決了現(xiàn)有存儲(chǔ)器編程和擦除操作過程中隧穿氧化層內(nèi)電場過高的技術(shù)問題，提高了存儲(chǔ)器的可靠性。
本實(shí)用新型的特征在于，在硅溝道上方有自組織生長的SiGe量子點(diǎn)。采用量子點(diǎn)增強(qiáng)F-N隧穿的Flash Memory可以明顯地降低電子注入過程中隧穿氧化層中的平均電場，提高電子注入效率。在不減小隧穿氧化層厚度的前提下，降低Flash Memory的編程和擦除電壓，提高編程速度。
實(shí)驗(yàn)證明，本實(shí)用新型利用溝道上方自組織生長的SiGe量子點(diǎn)產(chǎn)生的局部電場增強(qiáng)效應(yīng)，增大電子注入時(shí)的隧穿電流，提高注入效率，降低了工作電壓，由于等效隧穿氧化層厚度的增加，也提高了存儲(chǔ)器的數(shù)據(jù)保持時(shí)間和可靠性，達(dá)到了預(yù)期的目的。


圖1是量子點(diǎn)增強(qiáng)F-N隧穿Flash Memory的器件結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是存儲(chǔ)器在編程過程增強(qiáng)F-N隧穿的能帶圖。
具體實(shí)施方式
結(jié)合附圖說明本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式
。如圖1，其中1是控制柵，2是多晶硅浮柵，3是SiGe量子點(diǎn)。這種新型結(jié)構(gòu)的Flash Memory，是在傳統(tǒng)Flash Memory的硅溝道上方自組織生長SiGe量子點(diǎn)，因此，量子點(diǎn)是單晶結(jié)構(gòu)，量子點(diǎn)的尺寸和形狀分布可以通過自組織生長量子點(diǎn)時(shí)的硅烷和鍺烷流量等參數(shù)來控制。
量子點(diǎn)頂部與多晶硅浮柵之間的隧穿氧化層的厚度和傳統(tǒng)FLOTOX結(jié)構(gòu)的隧穿氧化層相同，為10nm。量子點(diǎn)的高度約為3nm，水平尺寸為30nm。多晶硅浮柵和控制柵之間的氧化層厚度為18nm。
電子從溝道向浮柵注入的隧穿過程，控制柵加正偏壓，此時(shí)，浮柵到溝道部分的能帶結(jié)構(gòu)如圖2所示。
從圖2可以看到，由于溝道上方量子點(diǎn)的存在，在隧穿氧化層近溝道一邊形成電場集中的效應(yīng)。圖中虛線是沒有量子點(diǎn)時(shí)電子隧穿面對(duì)的勢壘，實(shí)線是存在量子點(diǎn)時(shí)的情況?？梢钥闯觯蛡鹘y(tǒng)F-N隧穿過程相比，電子面對(duì)的隧穿勢壘變窄，因此隧穿電流密度會(huì)顯著增大。因此，可以在不減小隧穿氧化層厚度的情況下降低控制柵所加的正偏壓。
同時(shí)，由于實(shí)際的隧穿氧化層是量子點(diǎn)頂部和浮柵之間的氧化層，因此，溝道上方的氧化層厚度為量子點(diǎn)高度和隧穿氧化層厚度之和。這樣，在不影響存儲(chǔ)器其他性能指標(biāo)的前提下，浮柵和溝道之間的等效氧化層厚度增大，可以提高數(shù)據(jù)保持時(shí)間和存儲(chǔ)器的可靠性。
本實(shí)用新型的創(chuàng)新點(diǎn)在于利用溝道上方自組織生長的SiGe量子點(diǎn)產(chǎn)生的局部電場增強(qiáng)效應(yīng)，增大電子注入時(shí)的隧穿電流，提高注入效率，降低工作電壓。同時(shí)，由于等效隧穿氧化層厚度的增加，也提高了存儲(chǔ)器的數(shù)據(jù)保持時(shí)間和可靠性。
權(quán)利要求1.量子點(diǎn)增強(qiáng)F-N隧穿非揮發(fā)存儲(chǔ)器，含有硅溝道、多晶硅浮柵和控制柵，其特征在于，在所述硅溝道上方有自組織生長的SiGe量子點(diǎn)。
2.如權(quán)利1所述的量子點(diǎn)增強(qiáng)F-N隧穿非揮發(fā)存儲(chǔ)器，其特征在于，所述量子點(diǎn)頂部與所述多晶硅浮柵之間的隧穿氧化層的厚度為10nm，所述量子點(diǎn)的高度為3nm，水平尺寸為30nm，所述多晶硅浮柵和控制柵之間的氧化層厚度為18nm。
專利摘要量子點(diǎn)增強(qiáng)F－N隧穿非揮發(fā)存儲(chǔ)器屬于存儲(chǔ)器設(shè)計(jì)技術(shù)領(lǐng)域。其特征在于，在硅溝道上方有自組織生長的SiGe量子點(diǎn)。該存儲(chǔ)器可以明顯地降低電子注入過程中隧穿氧化層中的平均電場，提高電子注入效率。在不減小隧穿氧化層厚度的前提下，降低Flash Memory的編程和擦除電壓，提高編程速度。由于等效隧穿氧化層厚度的增加，提高了存儲(chǔ)器的數(shù)據(jù)保持時(shí)間和可靠性。
文檔編號(hào)H01L27/10GK2819479SQ200520022980
公開日2006年9月20日 申請(qǐng)日期2005年5月20日 優(yōu)先權(quán)日2005年5月20日
發(fā)明者鄧寧, 陳培毅, 潘立陽, 張磊, 魏榕山 申請(qǐng)人:清華大學(xué)