[发明专利]一种薄膜晶体管存储器及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于半导体集成电路制造技术领域，具体涉及一种薄膜晶体管存储器及其制备方法。

背景技术

非挥发性存储器是现代电子器件中不可缺少的一种元器件，目前市场上的非挥发性存储器大部分仍是以硅基器件为主。然而，基于单晶硅衬底的传统浮栅结构非挥发性存储器由于制作工艺复杂，通常涉及到高温工艺，因此很难在玻璃衬底上来制作嵌入式的非挥发性存储器，从而导致其在集成到显示面板上时受到限制。

目前，一种基于薄膜晶体管（TFT）结构的非挥发性存储器引起了大家的广泛关注，该存储器不仅可以制作在玻璃或柔性衬底上，而且其制程工艺能很好的与传统的TFT制程工艺相兼容，在未来的先进系统面板或系统封装领域（SOP）有很大的应用前景。目前，关于TFT存储器的研究大部分集中在以多晶硅为沟道的TFT存储器上。但有研究表明，基于多晶硅的TFT存储器不仅在擦写效率和数据的保持性方面不是很理想，而且在施加源极或漏极偏压应力后，阈值电压的波动也会比较明显。

因此，亟需开发一种擦写效率和数据保持性良好，且阈值电压稳定的TFT存储器。

发明内容

本发明的目的是提供一种擦写窗口大、数据保持性能好，擦写速度快、阈值电压稳定的薄膜晶体管存储器。本发明的再一目的是提供上述存储器的制备方法。

为了达到上述目的，本发明提供了一种薄膜晶体管存储器，以栅电极为衬底，从下至上依次有：电荷阻挡层；双层金属纳米晶的电荷俘获层；对称叠层结构的电荷隧穿层；器件的有源区；源、漏电极；其中：

所述衬底可以选择重掺杂的P型单晶硅片、重掺杂的N型单晶硅片、ITO薄膜、金属硅化物薄膜以及其他的低阻导电材料；

所述的电荷阻挡层为通过原子层淀积的方法生长的Al₂O₃薄膜，厚度为15-200nm。

所述的电荷俘获层为双层金属纳米晶结构，其包含通过原子层淀积的方法，自下而上依次生长的第一金属纳米晶层、绝缘介质层及第二金属纳米晶层，作为电荷俘获层；该第一金属纳米晶层与第二金属纳米晶层的材料选择RuO_x纳米晶、Pt纳米晶中的任意一种，也就是说，第一金属纳米晶层与第二金属纳米晶层可以为相同材料（如RuO_x纳米晶），也可以为不同材料纳米晶（如Pt纳米晶和RuO_x纳米晶）。两层纳米晶之间的绝缘介质层的材料选择Al₂O₃或SiO₂，其厚度为5-50nm。其中，RuO_x纳米晶为钌和氧化钌的复合物，1＞x＞0。

所述的电荷隧穿层为对称叠层结构，其包含通过原子层淀积的方法，自下而上依次生长的第一单层、第二单层及第三单层，其中，第二单层为HfO₂，第一单层与第三单层材料相同，选择Al₂O₃或SiO₂；

所述的器件的有源区为采用磁控溅射的方法生长的IGZO薄膜，该薄膜的厚度为10-120nm，采用标准的光刻工艺和湿法刻蚀的方法形成IGZO有源区。

进一步地，所述的栅电极衬底为重掺杂的P型单晶硅片。

上述的薄膜晶体管存储器，其中，所述的第一金属纳米晶层与第二金属纳米晶层的面密度为5×10¹¹～5×10¹²cm^-2，以达到提高电荷的存储密度，扩大存储器的擦写窗口，提高数据的保持能力的目的。该纳米晶层的面密度太低则不利于获得足够的电荷存储效果，密度太高则纳米晶之间彼此相邻太近，容易导致电荷流失，反而降低存储器的数据保持能力。

上述的薄膜晶体管存储器，其中，所述的电荷隧穿层中，各单层薄膜厚度为1-10nm，并且第一和第三单层的厚度相同。

上述的薄膜晶体管存储器，其中，所述的IGZO薄膜的厚度为10-120nm。

上述的薄膜晶体管存储器，其中，所述的源、漏电极为通过剥离方法形成的Al或Ag电极，电极厚度为50-250nm。

非挥发性的TFT存储器在先进系统面板或系统封装（SOP）技术领域有很大的潜在应用前景，本发明采用双层结构金属纳米晶和叠层结构薄膜分别作为电荷的俘获层和隧穿层，能有效地增大存储器的存储窗口，提高擦写速度，增强器件的数据保持性以及反复擦写的耐受性。

本发明还提供了一种上述的薄膜晶体管存储器的制备方法，该方法包含：