[发明专利]一种多级单元薄膜晶体管存储器及其制备方法

权利要求书

1.一种多级单元薄膜晶体管存储器，其特征在于，所述存储器的结构从下至上依次设置有：栅电极、电荷阻挡层、电荷俘获层、电荷隧穿层、有源区以及源、漏电极；经过退火制得所述存储器；

其中，所述电荷隧穿层将所述电荷俘获层完全包围，以使所述电荷俘获层与外界完全隔离，以防止在退火过程中电荷俘获层的物理性质和化学组成发生改变，减少存储在电荷俘获层中电荷的流失；所述电荷俘获层的材料为ZnO、In₂O₃、Ga₂O₃、SnO₂、InSnO或IGZO中的任意一种。

2.如权利要求1所述的多级单元薄膜晶体管存储器，其特征在于，所述栅电极的材料为P型单晶硅片、玻璃或者PI柔性基板。

3.如权利要求2所述的多级单元薄膜晶体管存储器，其特征在于，所述P型单晶硅片的电阻率为0.001~0.005 Ω•cm。

4.如权利要求1所述的多级单元薄膜晶体管存储器，其特征在于，所述电荷阻挡层的材料为Al₂O₃、SiO₂、HfO₂或ZrO₂。

5.如权利要求1所述的多级单元薄膜晶体管存储器，其特征在于，所述电荷隧穿层的材料为Al₂O₃、SiO₂、HfO₂或ZrO₂。

6.如权利要求1所述的多级单元薄膜晶体管存储器，其特征在于，所述有源区的材料为IGZO。

7.如权利要求1所述的多级单元薄膜晶体管存储器，其特征在于，所述源、漏电极的材料为Ti/Au或Mo。

8.一种如权利要求1-7中任意一项所述的多级单元薄膜晶体管存储器的制备方法，其特征在于，包含以下步骤：

步骤1、制备栅电极；

步骤2、在步骤1所得到的栅电极上采用原子层沉积方法生长电荷阻挡层，电荷阻挡层的厚度为30~60 nm，淀积温度为150~350℃；

步骤3、在步骤2所得到的电荷阻挡层上采用原子沉积或磁控溅射沉积方法生长电荷俘获层，电荷俘获层的厚度为10~40 nm；

步骤4、在步骤3所得到的电荷俘获层上旋涂一层正性光刻胶，然后进行光刻，定义出电荷俘获层的区域，接着采用湿法刻蚀工艺来刻蚀所定义的电荷俘获层区域以外的部分；

步骤5、在步骤4所得到的电荷俘获层和经刻蚀后暴露在外的电荷阻挡层上采用原子层沉积方法生长电荷隧穿层，电荷隧穿层的厚度为6~15 nm，淀积温度为150~350℃；

步骤6、在步骤5所得到的电荷隧穿层上采用磁控溅射沉积方法生长一层IGZO薄膜，作为器件的有源层，然后通过光刻工艺和湿法刻蚀工艺定义出有源区，形成器件的有源沟道，IGZO薄膜的厚度为30~60 nm；

步骤7、在步骤6所得到的IGZO薄膜上旋涂一层负性光刻胶，通过光刻定义出源、漏电极图形区域；然后，采用磁控溅射沉积方法或者电子束热蒸发方法淀积一层金属薄膜作为源、漏电极材料，并通过剥离工艺去除源、漏电极图形区域以外的金属层，从而形成器件的源、漏电极，金属薄膜的厚度为50~200 nm；

步骤8、对步骤7所得到的器件进行后续退火处理，退火气氛为氧气或空气，退火温度为150~350℃，退火时间为60 s~2 h。

9.如权利要求8所述的多级单元薄膜晶体管存储器的制备方法，其特征在于，所述步骤1具体包括：将P型单晶硅片作为衬底，并通过标准清洗形成栅电极，或者，将玻璃或PI柔性基板作为衬底，并在其上沉积一层金属，通过光刻和刻蚀形成栅电极。