专利名称：量子点增强f－n隧穿非挥发存储器的制作方法
技术领域：
量子点增强F-N隧穿非挥发存储器，属于存储器设计技术领域。
背景技术：
在全球Flash Memory的市场中，NAND结构的Flash Memory占有60％的份额。在FlashMemory的各项性能中，电子注入效率和电压(功耗)是十分重要的指标。
NAND结构的存储器单元的编程和擦除都是采用F-N隧穿的方式，结构为浮栅薄氧化层(FLOTOX)结构，这种结构中，电子向浮栅的注入效率远高于NOR结构的CHE注入方式，但是由于F-N隧穿需要相对较高的电场，因此编程和擦除电压也较高。商业化的基于F-N隧穿的存储器编程和擦除的电压高达20V。高电压导致了更为复杂的外围电路，另外，编程和擦除操作过程中隧穿氧化层内的高电场是导致电荷陷阱和界面态的主要原因，影响存储器的可靠性，这些都妨碍了进一步提高Flash Memory的性能和存储密度。
实用新型内容本实用新型的目的在于提出一种量子点增强F-N隧穿非挥发存储器。该存储器解决了现有存储器编程和擦除操作过程中隧穿氧化层内电场过高的技术问题，提高了存储器的可靠性。
本实用新型的特征在于，在硅沟道上方有自组织生长的SiGe量子点。采用量子点增强F-N隧穿的Flash Memory可以明显地降低电子注入过程中隧穿氧化层中的平均电场，提高电子注入效率。在不减小隧穿氧化层厚度的前提下，降低Flash Memory的编程和擦除电压，提高编程速度。
实验证明，本实用新型利用沟道上方自组织生长的SiGe量子点产生的局部电场增强效应，增大电子注入时的隧穿电流，提高注入效率，降低了工作电压，由于等效隧穿氧化层厚度的增加，也提高了存储器的数据保持时间和可靠性，达到了预期的目的。
图1是量子点增强F-N隧穿Flash Memory的器件结构示意图；图2是存储器在编程过程增强F-N隧穿的能带图。
具体实施方式
结合附图说明本实用新型的具体实施方式
。如图1，其中1是控制栅，2是多晶硅浮栅，3是SiGe量子点。这种新型结构的Flash Memory，是在传统Flash Memory的硅沟道上方自组织生长SiGe量子点，因此，量子点是单晶结构，量子点的尺寸和形状分布可以通过自组织生长量子点时的硅烷和锗烷流量等参数来控制。
量子点顶部与多晶硅浮栅之间的隧穿氧化层的厚度和传统FLOTOX结构的隧穿氧化层相同，为10nm。量子点的高度约为3nm，水平尺寸为30nm。多晶硅浮栅和控制栅之间的氧化层厚度为18nm。
电子从沟道向浮栅注入的隧穿过程，控制栅加正偏压，此时，浮栅到沟道部分的能带结构如图2所示。
从图2可以看到，由于沟道上方量子点的存在，在隧穿氧化层近沟道一边形成电场集中的效应。图中虚线是没有量子点时电子隧穿面对的势垒，实线是存在量子点时的情况。可以看出，和传统F-N隧穿过程相比，电子面对的隧穿势垒变窄，因此隧穿电流密度会显著增大。因此，可以在不减小隧穿氧化层厚度的情况下降低控制栅所加的正偏压。
同时，由于实际的隧穿氧化层是量子点顶部和浮栅之间的氧化层，因此，沟道上方的氧化层厚度为量子点高度和隧穿氧化层厚度之和。这样，在不影响存储器其他性能指标的前提下，浮栅和沟道之间的等效氧化层厚度增大，可以提高数据保持时间和存储器的可靠性。
本实用新型的创新点在于利用沟道上方自组织生长的SiGe量子点产生的局部电场增强效应，增大电子注入时的隧穿电流，提高注入效率，降低工作电压。同时，由于等效隧穿氧化层厚度的增加，也提高了存储器的数据保持时间和可靠性。
权利要求1.量子点增强F-N隧穿非挥发存储器，含有硅沟道、多晶硅浮栅和控制栅，其特征在于，在所述硅沟道上方有自组织生长的SiGe量子点。
2.如权利1所述的量子点增强F-N隧穿非挥发存储器，其特征在于，所述量子点顶部与所述多晶硅浮栅之间的隧穿氧化层的厚度为10nm，所述量子点的高度为3nm，水平尺寸为30nm，所述多晶硅浮栅和控制栅之间的氧化层厚度为18nm。
专利摘要量子点增强F－N隧穿非挥发存储器属于存储器设计技术领域。其特征在于，在硅沟道上方有自组织生长的SiGe量子点。该存储器可以明显地降低电子注入过程中隧穿氧化层中的平均电场，提高电子注入效率。在不减小隧穿氧化层厚度的前提下，降低Flash Memory的编程和擦除电压，提高编程速度。由于等效隧穿氧化层厚度的增加，提高了存储器的数据保持时间和可靠性。
文档编号H01L27/10GK2819479SQ200520022980
公开日2006年9月20日 申请日期2005年5月20日 优先权日2005年5月20日
发明者邓宁, 陈培毅, 潘立阳, 张磊, 魏榕山 申请人:清华大学