专利名称：一种自组装制备内嵌金属量子点绝缘介质膜的方法
技术领域：
本发明涉及一种自组装制备内嵌金属量子点绝缘介质膜的方法。
背景技术：
近年来，取代HDD硬盘的Solid State Davie (SSD)电脑的诞生标志着Flash memory的应用进入了一个新的阶段，将成为推动半导体产业发展的新驱动力。同时，随着市场的日益扩大，要求flash memory具有更高的集成度和更高的性能。这些要求可以通过 memory器件单元的微细化来实现。但是，具有多晶硅浮栅结构的传统flash memory的微细化却面临着严峻的挑战。首先，flash memory的微细化大大降低了数据存储的可靠性，缩短了电荷蓄积时间。另外，微细化加剧了短沟道效应，增加了功耗以及memory单元之间的干扰。为了解决这些问题必须从器件的结构和原理上突破。具有金属量子点浮栅结构的新型非挥发存储器可以解决上述问题。由于金属量子点的周围被绝缘膜包围，成为一个个孤立的电荷存储单元，抑制了电荷在浮栅内的移动，从而大大提高了电荷的存储时间。特别是具有高功函数的金属量子点，可以降低了电荷从量子点隧穿到沟道的隧穿几率，进一步提高电荷存储可靠性。在保持可靠性一定的同时，可以对氧化层进行薄膜化，实现器件的微细化。金属量子点非挥发存储器具有广阔的应用前景。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种适用于非挥发存储器的自组装制备内嵌金属量子点绝缘介质膜的方法。本发明的方法，无需后续退火等处理工艺，单步工艺即可获得内嵌高密度金属量子点的绝缘介质膜，方法简单、易行。由于制备温度低，可以大大降低制造成本、提高产品良率。并且可以大大扩大衬底的适用范围，不仅适合于硅基非挥发存储器，而且可以适用于玻璃或者塑料基板非挥发存储器。一种自组装制备内嵌金属量子点绝缘介质膜的方法，包括如下步骤
(1)选取绝缘靶材，并在绝缘靶材上摆放金属块，所述金属块为Co，W,Pt,或Ta;
(2)对上述靶材进行溅射成膜，溅射气氛为氩气，衬底为热氧化二氧化硅的ρ型硅片。在上述方法中，所述绝缘靶材为SiO2, Al2O3或Si3N4。在上述方法中，所述金属块对绝缘靶材的覆盖率为5-30%。在上述方法中，功率为5(Tl50W，本体真空度< 10_5Pa，溅射时工作气压为 0. 05^1. 5Pa,靶材和衬底的距离为20cm，衬底未加温，衬底旋转速度为75rpm/min。绝缘介质靶材大小为2寸，金属小块的大小为5mmX5mmXl. 5mm。通过调节金属小块的个数，即金属小块对绝缘介质靶材的覆盖率，来调节薄膜中金属量子点的密度。与现有技术相比，本发明具有以下优点
1.本发明金属量子点自组装镶嵌在绝缘介质中，无需后续处理，工艺简单。由于金属量子点周围直接被绝缘膜包围，因此可以防止金属量子点在工艺过程中的扩散；
2.成膜温度低，可以适合玻璃、塑料等各种不同的衬底，降低器件制造过程中的能耗；3.该制备方法简单易行，适合不同金属和不同绝缘介质；
4.该方法制备的金属量子点微细，密度高，室温下溅射即可获得内嵌金属量子点的薄膜，量子点大小2-5nm，密度>1012/cm2。
图1为自组装制备内嵌金属量子点薄膜的示意图2为内嵌金属钴量子点的二氧化硅薄膜断面透射电子显微镜照片； 图3为内嵌金属钴量子点的二氧化硅薄膜的平面透射电子显微镜照片； 图4为内嵌金属钨量子点的二氧化硅薄膜断面透射电子显微镜照片； 图5为内嵌金属钨量子点的氮化硅薄膜断面透射电子显微镜照片。
具体实施例方式下面通过实施例进一步描述本发明实施例1
磁控溅射的靶材为2寸的石英靶材，上面均勻摆放5mmX5mmXl. 5mm的金属钴小块10 个。P型(100)硅片经过标准清洗后，通过热氧化生长二氧化硅，厚度约为5nm。将上述硅片放入磁控溅射反应腔中。溅射条件为腔体本体真空度为4xlO_6Pa，氧气流量为Ssccm，靶上所加RF电源功率为100W，工作气压为0. 089Pa，衬底不加热，衬底转速为75rpm/min，溅射时间为150秒。图1是制备方法的示意图。测试结果表明，溅射所得薄膜的厚度为3nm。 平面样品和截面样品经透射电镜观察，如图2和3所示，金属量子点大小2-3nm，密度约为 hl012/cm2，量子点之间由二氧化硅隔离。 实施例2
磁控溅射的靶材为2寸的石英靶材，上面均勻摆放5mmX5mmXl. 5mm的金属钨小块10 个。P型(100)硅片经过标准清洗后，通过热氧化生长二氧化硅，厚度约为5nm。将上述硅片放入磁控溅射反应腔中。溅射条件为腔体本体真空度为3xlO_6Pa，氧气流量为Ssccm，靶上所加RF电源功率为100W，工作气压为0. 086Pa,衬底不加热，衬底转速为75rpm/min，溅射时间为180秒。测试结果表明，溅射所得薄膜的厚度为2-3nm。平面样品和截面样品经透射电镜观察，如图4所示，金属量子点大小2-3nm，密度约为^1012/cm2，量子点之间由二氧化硅隔离。
实施例3
磁控溅射的靶材为2寸的氮化硅靶材，上面均勻摆放5mmX5mmXl. 5mm的金属钨小块10 个。P型(100)硅片经过标准清洗后，通过热氧化生长二氧化硅，厚度约为5nm。将上述硅片放入磁控溅射反应腔中。溅射条件为腔体本体真空度为^10_6Pa，氧气流量为Ssccm，靶上所加RF电源功率为100W，工作气压为0. 086Pa，衬底不加热，衬底转速为75rpm/min，溅射时间为170秒。测试结果表明，溅射所得薄膜的厚度为2-3nm。平面样品和截面样品经透射电镜观察，如图5所示，金属量子点大小2-3nm，密度约为^cl012/cm2，量子点之间由氮化硅隔离。
权利要求
1.一种自组装制备内嵌金属量子点绝缘介质膜的方法，其特征在于包括如下步骤(1)选取绝缘靶材，并在绝缘靶材上摆放金属块，所述金属块为Co，W,Pt,或Ta;(2)对上述靶材进行溅射成膜，溅射气氛为氩气，衬底为热氧化二氧化硅的ρ型硅片。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述绝缘靶材为HfO2,SiO2, Al2O3或Si3N4。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述金属块对绝缘靶材的覆盖率为5-30%。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述绝缘靶材大小为2寸，金属块大小为 5mmx5mmxl. 5mm0
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述溅射成膜的条件为功率为5(T150W，本体真空度< 10_5Pa，溅射时工作气压为0. 05^1. 5Pa,绝缘靶材和衬底的距离为20cm，衬底未加温，衬底旋转速度为75rpm/min。
全文摘要
本发明公开了一种自组装制备内嵌金属量子点绝缘介质膜的方法。本发明采用磁控溅射的方法在室温下制备金属量子点绝缘介质膜。靶材由绝缘靶材其上摆放金属小块构成，然后通过共溅射，室温下即可获得纳米尺寸的、均匀分布于绝缘介质膜中的金属量子点。根据靶材中金属小块的选择和绝缘靶材的选择可以实现不同种金属量子点和不同种绝缘介质的制备。该制备方法简单、对设备要求低、适合多种金属量子点和多种绝缘介质的制备。
文档编号H01L21/203GK102509701SQ201110364888
公开日2012年6月20日 申请日期2011年11月17日 优先权日2011年11月17日
发明者王钢, 裴艳丽 申请人:中山大学