有特別聲明。
[0068]除非另有陳述，在此使用的包括技術(shù)和科技術(shù)語的所有術(shù)語具有如本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員所理解的相同的含義。當其可能模糊本發(fā)明的主題時，將省略公知功能及配置。另外，討論的所有“實施例”指的是在本申請中公開的發(fā)明構(gòu)思的實施例。
[0069]圖1是描述了根據(jù)本發(fā)明的電荷捕獲非易失性存儲單元的部分的橫截面視圖。
[0070]參照圖1，可以在硅襯底11上形成第一氧化物13。所述第一氧化物13用作隧穿層(tunneling layer)。可以在第一氧化物13上形成電荷捕獲層20。電荷捕獲層20包括納米粒子21，并且所述納米粒子21可以形成單一層(一個納米粒子厚度)或多重層(多納米粒子厚度)。所述電荷捕獲層20可以包括圍繞納米粒子21的氮化物22。所述氮化物22可以是Si3N4?？梢栽陔姾刹东@層20上形成第二氧化物30，并且可以在第二氧化物30上形成柵極40。所述第二氧化物30可以用作柵極電介質(zhì)材料。
[0071]所述第一氧化物13、電荷捕獲層20、第二氧化物30和柵極40可以被圖形化到所述襯底11上以形成一個柵極疊層。
[0072]所述實施例不限于圖1中所述簡單的堆疊結(jié)構(gòu)。本發(fā)明可以用于包括具有三維結(jié)構(gòu)的存儲單元的各種類型的存儲器。這意味著電荷捕獲層以及其他元件的位置和形狀可以不同。具體地說，電荷捕獲層20可以具有柱狀物的垂直形狀，而柵極可以位于所述電荷捕獲層20的側(cè)面上。
[0073]如上所述，根據(jù)本發(fā)明的非易失性存儲裝置包括改進的電荷捕獲層20。所述改進的電荷捕獲層20具有非常細小、大小均勻、高密度的納米粒子21。此后，將詳細描述所述改進的電荷捕獲層的特征和結(jié)構(gòu)及其制造方法。
[0074]根據(jù)本發(fā)明的第一實施例的改進的電荷捕獲層及其制造方法
[0075]圖2A到2E描述了用于制造根據(jù)本發(fā)明的電荷捕獲層的方法的橫截面視圖。
[0076]根據(jù)第一實施例，用于制造電荷捕獲層的方法包括將連接基團120A結(jié)合到襯底110(見圖2A);將金屬離子130結(jié)合到所述連接基團(見圖2B和2C);以及通過施加能量將所述金屬離子130轉(zhuǎn)變成金屬納米粒子140。所述用于制造電荷捕獲層的方法還可以包括向包括金屬納米粒子的結(jié)構(gòu)提供氮化物150(見圖2E)。另外，所述方法可以包括在施加能量之前或施加能量的同時提供一種或多種有機表面活性劑。
[0077]圖2A示出了結(jié)合到制備的襯底110上的連接基團120A。參照圖2A，襯底110可以具有表面層114，其具有能夠結(jié)合到所述連接基團的功能團。例如，襯底110可以是具有作為表面層114的二氧化硅(S12)層的硅襯底112。
[0078]襯底110可以使半導體襯底。襯底110可以對存儲裝置的構(gòu)成元素起到化學載體作用，或者襯底110可以包括附加載體襯底。另外，所述半導體基材可以用作用于形成包括通道的存儲裝置的組成元素的原料。制備所述半導體襯底的非限定性示例包括通過半導體襯底的氧化和/或氮化過程形成鈍化層，通過摻雜具有雜質(zhì)的半導體襯底、合金化所述半導體襯底(例如硅化反應)形成源極或漏極，并且形成通道。
[0079]所述半導體襯底可以是晶圓、薄膜或者表面是適合特定物理設計的納米圖案(或結(jié)構(gòu))的薄膜。這可能包括增加凹陷結(jié)構(gòu)或三維晶體管結(jié)構(gòu)。
[0080]襯底110可以是剛性襯底或柔性襯底。所述柔性襯底的示例性實施例包括柔性聚合物襯底，其由聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚萘二甲酸酯(PEN)、聚酰亞胺(PI)、聚碳酸酯(PC)、聚丙烯(PP)、三醋酸纖維素(TAC)、聚醚砜(PES)、聚二甲基硅氧烷(PDMS)或他們的混合物形成。當使用柔性襯底110時，所述襯底的表面層114可以由具有適合結(jié)合至所述連接基團的官能團(例如-OH官能團)的有機材料制成。
[0081]所述襯底可以包括透明襯底。所述透明襯底的非限定性實施例包括玻璃襯底和透明塑料襯底。
[0082]所述襯底可以是有機半導體、無機半導體或他們的堆疊結(jié)構(gòu)。
[0083]無機半導體襯底的非限定性示例包括選自第4族的半導體的材料，其包括硅
(Si)、鍺(Ge)以及鍺化硅(SiGe);第3_5族的半導體，其包括砷化鎵(GaAs)、磷化銦(InP)以及磷化鎵(GaP);第2-6族的半導體，其包括硫化鎘(CdS)以及碲化鋅(ZnTe);第4_6族的半導體，其包括硫化鉛(PbS);以及所列材料的兩層或多層的堆疊。
[0084]所述無機半導體襯底可以是單晶材料、多晶材料、無定型材料或晶體材料和無定型材料的混合物。當無機半導體襯底是兩層或多層堆疊的堆疊結(jié)構(gòu)，每一層可以是單晶材料、多晶材料、無定型材料或晶體材料和無定型材料的混合物。
[0085]具體地說，所述無機半導體襯底可以是包括晶圓的半導體襯底，例如硅(Si)襯底112，包括半導體氧化物層被堆疊的晶圓的半導體襯底，例如具有表面氧化物層的硅襯底或絕緣硅(SOI)襯底，以及包括金屬薄膜和表面氧化物層的硅(Si)半導體襯底。
[0086]所述無機半導體襯底可以是具有有源區(qū)域的平面或者具有伸出的銷狀有源區(qū)域的結(jié)構(gòu)性襯底。形成所述裝置的有源區(qū)域可以具有例如溝壑、場氧化層(FOX)和/或局部氧化的硅(LOCOS)的絕緣層，并且其可能具有多于一個有源區(qū)域。所述由典型絕緣體定義的有源區(qū)域可以包括通道區(qū)域和源極以及與中間的通道區(qū)域相對的漏極區(qū)域。
[0087]當使用有機半導體襯底時，其可以是η型有機半導體或P型有機半導體。有機半導體的非限定性示例包括富勒烯衍生物，例如銅酞菁、聚(3-己基噻吩)(Ρ3ΗΤ)、并五苯、壓酞菁(SubPc)、富勒烯(C60)，[6，6]-苯基061-丁酸甲酯(PCBM)和[6，6]-苯基C70 丁酸甲酯(PC70BM)以及4-四氰基對苯二醌二甲烷(F4-TCNQ)。然而，所述有機半導體材料并不限定本發(fā)明的精神和構(gòu)思。
[0088]所述有機半導體襯底的通道區(qū)域可以是有機半導體層，并且源極和漏極可以形成為在所述有機半導體基材的兩端彼此相對。所述半導體襯底可以包括位于該半導體襯底的下部的支撐襯底以支撐該有機半導體層、源極和漏極。所述支撐襯底可以使剛性襯底或柔性襯底。
[0089]所述半導體襯底可以是提供平板通道的平面襯底，提供多于兩個平面的通道的結(jié)構(gòu)襯底，或具有突出的銷型通道區(qū)域的結(jié)構(gòu)襯底。
[0090]所述源極和漏極可以在平行于通道方向上形成電場，而可以基于源極和漏極之間彼此相對的距離確定通道的長度?？梢愿鶕?jù)存儲裝置的設計改變該距離。根據(jù)一個實施例，源極和漏極之間的距離范圍是大約5到200nm。
[0091]襯底110的表面層114可以由具有適合結(jié)合至連接基團的官能團的任何材料形成。例如，表面層114可以是單一層或不同材料的兩層或多層堆疊的堆疊層。如果表面層114是堆疊層，每一層的介電常數(shù)可能不同。
[0092]具體來說，襯底110的表面層114可以是選自氧化物、氮化物、氮氧化物和硅的材料的單一層，或由所列材料形成的兩層或多層堆疊的對疊層。襯底I1的表面層114的非限定實施例包括至少是選自氧化硅、氧化鉿、氧化鋁、氧化鋯、鋇鈦復合氧化物、氧化釔、氧化鎢、氧化鉭、氧化鋅、氧化鈦、二氧化錫、鋇鋯復合氧化物、氮化硅、氮氧化硅、硅化鋯、硅化鉿、他們的混合物及他們的化合物中的一種的單一層，或每一層都由所列材料形成的兩層或多層堆疊的堆疊層。
[0093]襯底110的表面層114還可以包括選自金屬、過渡金屬、貧金屬和類金屬中的至少一種元素的氧化物。所述金屬的示例包括L1、Na、K、Rb、Cs、Be、Mg、Ca、Sr、及Ba。所述過渡金屬的示例包括 Sc、T1、V、Cr、Mn、Fe、Co、N1、Cu、Zn、Y、Zr、Nb、Mo、Tc、Ru、Rh、Pd、Ag、Cd、La、Hf、Ta、W、Re、Os、Ir、Pt 及 Au。所述貧金屬的示例包括 Al、Ga、In、Sn、Tl、Pb 及 Bi。所述類金屬的示例包括B、S1、Ge、As、Sb、Te及Po。
[0094]當所述表面層114起隧穿層作用時，所述表面層114可以具有基于等效氧化層厚度(EOT)的大約0.1到20nm的厚度。根據(jù)另一實施例，表面層114可以具有基于等效氧化物厚度(EOT)的大約0.8到5nm的厚度。然而，本發(fā)明的精神和構(gòu)思并不限于這些尺寸。
[0095]可以通過熱氧化過程、物理沉積過程或化學沉積過程形成表面層114。物理沉積過程和化學沉積過程的非限定性示例包括濺射、磁控濺射、電子束蒸發(fā)、熱蒸發(fā)、激光分子束外延(L-MBE)、脈沖激光沉積(PLD)、真空沉積、原子層沉積(ALD)及等離子體增強化學氣相沉積(PECVD)。
[0096]連接層120可以在襯底110上形成。連接層120可以由連接基團120A組成。所述連接基團120可以是結(jié)合到襯底110的表面上的自組裝單分子層。
[0097]連接基團120A可以是化學地結(jié)合或吸附在襯底110的表面上并且可以化學地結(jié)合金屬離子130的有機分子。具體地，連接基團120A可以是具有化學地結(jié)合或吸附在襯底的表面層114上的官能團122及化學地結(jié)合金屬離子(隨后形成)的官能團126的有機連接基團。所述化學結(jié)合可以包括共價鍵、離子鍵或配位鍵。例如，至少在一端，金屬離子130和連接基團120A之間的鍵可以是帶正電荷(或負電荷)的金屬離子130和帶負電荷(或正電荷)的連接基團之間的離子鍵。例如，襯底110的表面層114和連接基團120A之間的鍵可以是由自組裝引起的鍵或可以是連接基團的官能團122和襯底的表面層之間的自發(fā)的化學鍵。
[0098]更加具體地，連接基團120A可以是形成自組裝單分子層的有機分子。換句話說，連接基團120A可以是具有結(jié)合到表面層的官能團122和與金屬離子130結(jié)合的官能團126的有機分子。連接基團120A可以包括鏈群124，其連接官能團122和官能團126，并且能夠通過范德瓦爾斯相互作用形成對齊的單分子層。
[0099]可以通過適當設計襯底的表面和連接基團120A的第一官能團122獲得自組裝?？梢允褂糜糜谕ǔ９獮樽越M裝的材料的一組端基。
[0100]在一個特定的非限定性實施例中，當襯底110的表面層114由氧化物、氮化物、氮氧化物或硅形成時，連接基團的有機分子可以是由下面的分子式I指示的組合物。
[0101](分子式I)
[0102]R1-C-R2
[0103]在分子式I中，Rl代表與襯底結(jié)合的官能團122，C代表鏈群124，以及R2代表與金屬離子結(jié)合的官能團126。Rl可以是選自乙酰、乙酸、磷化氫、磷酸、乙醇、乙烯基、酰胺基、苯基、胺、丙烯酸、硅烷、氰和硫醇基的一種或多種官能團。C是具有I到20個碳原子的線性或分支狀碳鏈。R2可以是選自羧酸、羧基、胺、磷化氫、磷酸和硫醇基的一種或多種官能團。
[0104]在一個非限定性實施例中，連接基團120A的有機分子可以是選自辛基三氯硅烷(OTS)、六甲基二硅胺(HMDS)、十八烷基三氯硅烷(OTDS)、(3-氨基丙基)三甲氧基硅烷(APS)、(3-氨基丙基)氧基、N-(3-丙氨基)_ 二甲基-乙氧基(APDMES)、全氟癸基(PFS)、巰丙基(MPTMS)、N-(3-丙氨基)-氨丙基三甲氧基硅烷、(3-三甲氧基硅丙基)二亞乙基、十八烷基(OTMS)、(十七氟氟-1, I, 2，2-四氫)三氯硅烷(FDTS)、二甲基二氯硅烷(DDMS)、N-(三甲氧基甲硅烷)乙二胺三乙酸、十六烷硫醇(HDT)及環(huán)氧己基三乙氧基硅烷中的一個或多個。
[0105]為了確保納米顆粒和襯底之間絕緣，作為連接基團的所述有機分子可以包括鏈烷基124，具體地，所述鏈烷基具有3到20個碳原子，并且可以進一步包括含氧部分。含氧部分的示例包括乙二醇(-O-CH2-CH2-)、羧酸(-C00H)、羥基(-0H)、乙醚(-0-)、酯類(-C00-)、酮類(-CO-)、乙醛(-C0H)和/或酰胺(-NH-C0-)等。
[0106]可以通過使襯底110與溶劑中有連接基團120A的溶液接觸完成連接基團120A的連接。用于形成連接基團溶液的溶劑可以是可以溶解所述連接基團并且通過蒸發(fā)容易去除的任何溶劑。正如本領(lǐng)域所公知的，當連接基團包含硅烷群組時，可以向連接基團溶液添加促進水解作用的水。使用能夠在襯底上形成自組裝單分子層的任何方法可以完成襯底和連接基團溶液的接觸。在一個非限定性實施例中，使用浸漬、微接觸印刷、旋涂、輥式涂布、屏幕涂層、噴涂、旋拋、澆涂、屏幕印刷、噴墨涂層或落模鑄造方法可以完成連接基團溶液和襯底之間的接觸。
[0107]當金屬離子130通過連接基團120A固