[发明专利]一种电编程-紫外光擦除的存储器件结构及其制备方法

说明书

本发明提出电编程‑紫外光擦除的存储器件结构及其制备方法。以重掺杂的N型单晶硅片为衬底，并作为栅的引出电极；以致密性较好的氧化物绝缘体作存储器的电荷阻挡层；以电荷缺陷较多的薄膜材料或纳米晶作为电荷俘获层；以致密性较好且禁带宽度较大的氧化物绝缘体作存储器的隧穿层；以IGZO薄膜用作存储器的导电沟道，通过光刻、湿刻定义有源区并形成导电沟道；通过光刻、金属淀积及剥离技术，完成源、漏极的加工；测试时，在栅电极上加正脉冲实现对器件的编程操作；用紫外光照射器件，同时不加任何偏压，实现对器件擦除。本发明解决了基于IGZO沟道的TFT存储器擦除不了的问题；提高了器件的擦除效率和工作速度；扩大了基于IGZO沟道TFT存储器的应用空间。

技术领域

本发明涉及半导体集成电路技术领域，针对非挥发性快速闪存存储器，提出了一种电编程-紫外光擦除存储器的结构和制备方法。

背景技术

系统面板（SOP）技术是将多种功能元件全部集成在同一个显示面板上，以获得高性能和低成本的系统，在汽车、计算机、消费电子、军事电子、无线通信领域和食品检测等领域具有重要的应用前景。非易失性薄膜晶体管（TFT）存储器作为SOP中的重要元件，不仅可用于电路级调整和电压修饰，还适用于复杂显示参数的大容量存储等，将来像素存储和存储块也可望被直接集成在显示板上，既能实现数据存储，也能降低功耗，尤其是面向那些低功耗的便携式电子设备上。因此，对非挥发性TFT存储器的研究，已为国内外科研人员的热门话题。而非晶铟镓锌氧半导体（a-IGZO）作为一种新型的氧化物半导体，具有低温淀积、较高的电子迁移率（≥10cm²/V•s）和较大的禁带宽度（＞3.0eV）等优良性能，是一种较为理想的沟道材料。因此，基于IGZO沟道的非挥发性TFT存储器具有很好的应用前景。

然而，目前报道的基于IGZO沟道的TFT存储器都有一个很大的缺点：电擦除效率很低，甚至无法实现电擦除。

发明内容

基于上述背景，为了解决器件擦除效率低的问题，本发明提出了一种电编程-紫外光擦除的非挥发性TFT存储器结构及其制备方法，即采用紫外光照射的方法对器件进行擦除。这样，在擦除时不需要任何负偏压既能实现存储器阈值电压的左移，从而提高了存储器的擦除效率，改善了存储器的工作速度和稳定性。

为了达到上述目的，本发明的一个技术方案是提供一种电编程-紫外光擦除的存储器件结构，其包含：

采用重掺杂的N型单晶硅片为衬底，并作为栅电极的引出电极；

在所述衬底上，形成具有良好致密性的氧化物绝缘体薄膜，作为阻挡氧化层；

在所述阻挡氧化层上，形成纳米晶，或者是形成的由具有电荷俘获能力材料制成的薄膜，作为电荷俘获层；

在所述电荷俘获层上，形成具有良好致密性且禁带宽度大的氧化物绝缘体薄膜，作为隧穿氧化层；

在所述隧穿氧化层上，形成IGZO薄膜，基于所述IGZO薄膜来定义有源区并形成导电沟道；

在所述导电沟道上，形成源、漏区域并淀积一层金属薄膜，以形成源极和漏极；

所述的存储器件，能够在源极、漏极接地时，通过在栅电极上施加一个正的电压脉冲来进行编程操作；并且，能够在紫外光照射下进行擦除操作，而不需要在各电极上施加任何电压。

所述存储器件中具有下列的任意一项或其任意的组合：

所述N型单晶硅片的电阻率为0.008~0.100 Ω•cm；

所述阻挡氧化层是Al₂O₃薄膜、或SiO₂薄膜、或HfO₂薄膜；所述阻挡氧化层的薄膜厚度为20~150nm；