专利名称：锗/硅复合纳米晶粒浮栅结构mosfet存储器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种纳米晶粒浮栅结构的MOSFET存储器，尤其是锗/硅复合纳米晶粒浮栅结构MOSFET存储器。
浮栅结构MOSFET存储器是重要的半导体元器件，广泛应用于电子和计算机行业。自1996年提出在室温下工作的硅纳米晶粒浮栅结构的MOSFET存储器以来，人们在这一研究方面已经做了大量的工作。该存储器具有小体积、高密度、低能耗、多阈值、高速度、易与逻辑电路集成等特点，被认为是将首先在大规模集成电路中得到应用的纳米量子功能器件。在这种器件结构中，镶嵌在二氧化硅中的硅纳米晶粒置于源漏沟道和控制栅之间，直接隧穿电荷注入纳米晶粒从而导致器件阈值的改变。但是，对于这种单势阱的结构，存在着其擦写时间(电压)和存储时间之间的矛盾。因而，较快的擦写时间，存储时间仅为数日。
本发明的目的是为了解决擦写时间(电压)和存储时间之间的矛盾，提出一种采用锗/硅复合纳米晶粒替代硅纳米晶粒作为MOSFET存储器，即电荷存储单元，使其在较快的擦写时间条件下，仍然有很长的存储时间。
本发明的目的是这样实现的锗/硅复合纳米晶粒浮栅结构MOSFET存储器，即金属-氧化物-半导体存储器，以锗/硅复合纳米晶粒镶嵌在二氧化硅中浮栅存储器结构，以二氧化硅和半导体分别制成源漏极和由金属制成栅极。镶嵌在二氧化硅中的硅纳米晶粒置于源漏沟道和控制栅之间，直接隧穿电荷注入纳米晶粒从而导致器件阈值的改变。复合纳米结构存储器半导体锗的禁带宽度(0.68eV)小于硅的禁带宽度(1.12eV)。在锗/硅复合纳米晶粒结构作为MOSFET存储器电荷存储单元中，单势阱变成复合势阱，注入的电荷被存储在锗点之中。这样可以保证在擦写时间基本不变的情况下，使存储时间显著增加，从而达到使纳米结构存储器既能快速擦写编程，又能长久存储。
在实验研究上，通过采用超低压化学气相外延技术与化学选择腐蚀相结合制备了锗/硅复合纳米晶粒结构，并利用MOS电容测量研究存储器的电学特性。结果显示，电荷存储时间显著增加，特别是空穴的存储特性明显地优于电子的存储特性。
模拟计算研究结果表明，锗/硅复合纳米晶粒结构存储器在低压下即可实现us和ns量级编程。与硅纳米结构存储器相比，由于复合势阱的作用，器件的电荷保持时间提高了三个量级。有效地解决了快速擦写编程与长久存储之间的矛盾，使器件的性能得到明显的改善，可能在器件上得到广泛应用。
图1为Ge/Si复合纳米结构存储器的截面示意图(a)和能带简图(b)。
图2为Ge/Si复合纳米结构与Si纳米结构存储器时间特性的比较如图所示，Ge/Si复合纳米结构存储器的结构与硅的纳米结构存储器的截面示意图并无不同，但能带简图(b)不同。
图2Ge/Si复合纳米结构(图a)与Si纳米结构(图b)存储器时间特性的比较中均看出。在这种器件结构中，镶嵌在二氧化硅中的硅纳米晶粒置于源漏沟道和控制栅之间，直接隧穿电荷注入纳米晶粒从而导致器件阈值的改变。锗/硅复合纳米晶粒与硅纳米晶粒作为MOSFET存储器比较，使其在较快的擦写时间条件下，仍然有很长的存储时间(纵座标)。
Ge/Si复合纳米晶粒4浮栅结构的MOSFET存储器的制作与传统的纳米晶粒浮栅结构的MOSFET存储器的制作方法相同。由半导体分别制成源漏极1、2和由多晶硅或金属制成栅极3。
权利要求
1．锗/硅复合纳米晶粒浮栅结构MOSFET存储器，即金属-氧化物-半导体存储器，以锗/硅复合纳米晶粒镶嵌在二氧化硅中浮栅存储器结构。
全文摘要
锗/硅复合纳米晶粒浮栅结构MOSFET存储器,即金属－氧化物－半导体存储器,以锗/硅复合纳米晶粒镶嵌在二氧化硅中浮栅存储器结构,本发明提出了一种采用锗/硅复合纳米晶粒替代硅纳米晶粒作为NOSFET存储器,即电荷存储单元,使其在较快的擦写时间条件下,仍然有很长的存储时间。
文档编号H01L27/105GK1305232SQ01108248
公开日2001年7月25日 申请日期2001年2月27日 优先权日2001年2月27日
发明者施毅, 郑有炓, 顾书林, 吴军, 杨红官, 袁晓莉, 张 荣, 韩平, 沈波, 胡立群, 江若琏, 朱顺明 申请人:南京大学