[发明专利]一种金属氧化物薄膜晶体管存储器件及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，尤其涉及一种金属氧化物薄膜晶体管存储器件及其制备方法。

背景技术

近年来，随着新型平板显示（FPD）产业的迅猛发展，作为FPD核心技术的薄膜晶体管（TFT）背板技术也在经历着深刻的变革。金属氧化物薄膜晶体管（MOTFT）以其高迁移率、工艺简单、成本低、大面积均匀性高等优点逐渐代替传统的非晶硅（a-Si）TFT和低温多晶硅（LTPS）TFT，而成为业界的新焦点。

利用MOTFT技术在制作大尺寸、高分辨率、以及全透明平板显示器的同时，为了满足显示器向轻薄化、集成化、全透明化发展，需要把半导体存储器集成到平板显示器上面。通常，根据驱动方式的不同，半导体存储器件主要分为挥发性（易失性）和非易失性存储器件两种。常见的动态随机存储器（DRAM）属于典型的挥发性存储器件，它的存储单元由一个晶体管和一个电容器组成，具有读写速度快、集成度高、容量大等优点。但是，由于DRAM是挥发性存储器件，为了保持存储的电荷，必须不断地对其电容进行充电，因此DRAM的功耗较高。最严重的是，一旦断电，存储在DRAM中的所有信息将会丢失。

与此不同，非易失性存储器的电荷保持能力很强，在不供电的情况下，储存的数据也可保持很长一段时间。典型的非易失性存储器件就是我们常说的闪存，闪存广泛应用于当今世界的各个领域。以闪存为代表的非易失性存储器件可作为独立的存储单元集成在逻辑电路上，得益于非易失性存储器的高速发展，智能手机和平板电脑等便携式电子产品得到了迅速的发展。因此，非易失性存储器在FPD产业上的广泛应用指日可待。

非易失性存储器件的工作原理是基于薄膜晶体管的阈值电压在两个值之间的改变来实现的。应用最广泛的非易失性存储器件的结构为传统的栅绝缘层三明治结构，具体为电荷阻挡层/电荷陷阱层或浮栅层/电荷遂穿层。当三明治存储结构中间层为浮栅层时，又称为浮栅型存储结构。随着数字时代的到来，便携式电子产品得到了极大的应用。诸如，数码相机、平板电脑、智能手机、各类型IC卡、和USB闪存，所有以上产品大多数都是采用传统的浮栅结构存储器件。然而，一方面存储在浮栅中的电荷容易逐渐泄漏，导致存储功能消失；另一方面，由于器件采用浮栅结构，进一步缩小尺寸，制作更高容量存储器受到限制。因此，离散的电荷储存介质型存储结构被开发出来，即把三明治存储结构的中间层改为嵌入纳米颗粒作为电荷陷阱层，称之为离散的电荷储存介质型存储结构。这些新结构存储器件利用离散的电荷储存介质，形成类似“浮栅”结构，达到存储功能，以解决传统浮栅结构存储器件电荷泄漏问题。同时，因为纳米颗粒可以达到的尺寸更小，离散的电荷储存介质型存储器件可以达到更高的密度，存储容量更大。

传统的浮栅结构存储器件制作工艺较为简单，并且与传统非晶硅制作工艺相兼容，是在非晶硅工艺中被大量应用的器件结构。然而，存储在浮栅中的电荷容易逐渐泄漏，导致存储功能消失。

新型存储器件一般结构：使用离散的纳米颗粒嵌入到金属-绝缘层-半导体（MIS）结构中的绝缘层中，形成类似“浮栅”结构，达到存储功能，以解决传统浮栅结构存储器件电荷泄漏问题。但是，在栅绝缘层一侧加入离散的纳米电荷存储层，工艺温度高，成本高，工艺复杂（纳米颗粒大小较难控制，导致均匀性较难控制），且工艺兼容性不高，只适合于制作单独的半导体存储设备。

因此，针对现有技术不足，提供一种电荷保留时间长、重复性高、读写时间短、密度高、制作工艺简单、成本低，工艺兼容性高的金属氧化物薄膜晶体管存储器件及其制备方法以克服现有技术不足甚为必要。

发明内容

本发明的目的之一是提供了一种金属氧化物薄膜晶体管存储器件，具有电荷保留时间长、重复性高、读写时间短、密度高、制作工艺简单、成本低，工艺兼容性高的特点。

本发明的上述目的通过如下技术手段实现。

一种金属氧化物薄膜晶体管存储器件，设置有电荷存储层，金属氧化物薄膜晶体管的有源层位于所述电荷存储层和金属氧化物薄膜晶体管的绝缘层之间。

上述电荷存储层为三氧化钼薄膜层、三氧化钨薄膜层、氧化镍薄膜层、C₆₀薄膜层、PCBM薄膜层、碳纳米管薄膜层、石墨烯薄膜层、聚乙烯二氧噻吩薄膜层、P-PPV薄膜层、PFO薄膜层或者PFN薄膜层中的任意一种。

上述电荷存储层通过旋涂法、真空热蒸发法、磁控溅射法、原子层沉积法或者丝网印刷法中的任意一种方式成膜制备而成。

上述电荷存储层的层厚设置为1～50 nm。

优选的，上述电荷存储层的层厚设置为5～30 nm。