[發(fā)明專利]半導(dǎo)體存儲器件及其訪問方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210031886.7
• 申請日: 2012-02-13
• 公開（公告）號: CN103247627A
• 公開（公告）日: 2013-08-14
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 朱正勇;駱志炯
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院微電子研究所
• 主分類號: H01L27/108
• 分類號: H01L27/108;H01L21/8242
• 代理公司: 中科專利商標(biāo)代理有限責(zé)任公司 11021
• 代理人: 王波波

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體存儲器件及其訪問方法，更具體地，涉及使用異質(zhì)結(jié)晶體管的半導(dǎo)體存儲器件及其訪問方法。

背景技術(shù)

在兩晶體管/一電容器(2T/1C)配置的存儲器單元中，電容器C用于存儲電荷，用于表示數(shù)字“1”和“0”，第一控制晶體管Q1和第二控制晶體管Q2分別用于執(zhí)行寫入操作和讀取操作。

2T/1C存儲器單元利用電容器存儲數(shù)據(jù)，必須定期進(jìn)行刷新，因此只能作為動態(tài)隨機(jī)存取存儲器(DRAM)。刷新周期應(yīng)當(dāng)小于電容器的保持時間。2T/1C存儲器單元的定期刷新使得存儲器控制電路復(fù)雜化并耗費(fèi)電能。

在2T/1C存儲器單元中，為了獲得盡可能大的保持時間，需要形成大電容值的電容器，這增加了芯片占用面積，從而減小了存儲器單元的集成度。

因此，仍然期望開發(fā)其中不使用電容器的存儲器單元。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種可以高密度集成并且減小刷新操作的半導(dǎo)體存儲器件及其訪問方法。

根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供一種半導(dǎo)體存儲器件，包括氧化物異質(zhì)結(jié)晶體管，所述氧化物異質(zhì)結(jié)晶體管包括氧化物襯底；位于氧化物襯底上的氧化物薄膜，其中氧化物襯底和氧化物薄膜之間的界面層表現(xiàn)出二維電子氣的特性；位于氧化物薄膜上并且與界面層電連接的源電極和漏電極；位于氧化物薄膜上的前柵；以及位于氧化物襯底下表面上的背柵，其中，氧化物異質(zhì)結(jié)晶體管的源電極和漏電極分別與用于執(zhí)行讀取操作的第一字線和第一位線相連接，前柵和背柵分別與用于執(zhí)行寫入操作的第二字線和第二位線相連接。

根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種半導(dǎo)體存儲器件，包括氧化物異質(zhì)結(jié)晶體管，所述氧化物異質(zhì)結(jié)晶體管包括半導(dǎo)體襯底；位于半導(dǎo)體襯底上的掩埋的背柵；位于背柵上的氧化物基底層；位于氧化物基底層上的氧化物薄膜，其中氧化物基底層和氧化物薄膜之間的界面層表現(xiàn)出二維電子氣的特性；位于氧化物薄膜上并且與界面層電連接的源電極和漏電極；以及位于氧化物薄膜上的前柵，其中，氧化物異質(zhì)結(jié)晶體管的源電極和漏電極分別與用于執(zhí)行讀取操作的第一字線和第一位線相連接，前柵和背柵分別與用于執(zhí)行寫入操作的第二字線和第二位線相連接。

根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種訪問上述半導(dǎo)體存儲器件的方法，包括：在讀取操作中，通過第一字線和第一位線，向源電極和漏電極施加恒定的電流，并測量源電極和漏電極上的電壓，以獲得界面層的電阻態(tài)；以及在寫入操作中，在保持第一字線和第一位線浮置的同時，通過第二字線和第二位線，向前柵和背柵施加偏壓，以改變界面層的電阻態(tài)。

本發(fā)明的半導(dǎo)體存儲器件是1T配置的存儲器件，其中的氧化物異質(zhì)結(jié)晶體管既作為存儲元件，又作為控制元件。因而，該半導(dǎo)體存儲器件不需要使用額外的電容器。

相對于使用電容器的存儲器件，本發(fā)明的存儲器件的芯片占用面積顯著減小，從而提高中了存儲器單元的集成度。并且，利用氧化物異質(zhì)結(jié)場效應(yīng)晶體管的記憶效應(yīng)，可以長久保持存儲的數(shù)據(jù)，降低刷新操作的頻率。如果氧化物異質(zhì)結(jié)場效應(yīng)晶體管的保持時間大于工作周期，甚至不需要進(jìn)行刷新操作。因而，本發(fā)明的1T存儲器件可以明顯降低能耗，并且可以減小存儲器控制電路的復(fù)雜程度。

本發(fā)明的半導(dǎo)體存儲器件的制備工藝與現(xiàn)有的半導(dǎo)體工藝完全兼容，例如包括外延薄膜的生長技術(shù)(PLD，MBE，ALD，CVD、濺射等)，圖形化技術(shù)(光刻、電子束曝光技術(shù)等)，刻蝕(干法等離子體刻蝕、化學(xué)腐蝕液刻蝕等)、金屬淀積以及剝離技術(shù)，平坦化技術(shù)(SOG、CMP等)，注入及熱退火等技術(shù)。因而，可以低成本地制造本發(fā)明的半導(dǎo)體存儲器件。

附圖說明

圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的氧化物異質(zhì)結(jié)晶體管的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的半導(dǎo)體存儲器件的等效電路圖，其中使用圖1所示的氧化物異質(zhì)結(jié)晶體管。

圖3示出了使用根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的存儲器陣列。

具體實(shí)施方式

在下文中，通過附圖中示出的具體實(shí)施例來描述本發(fā)明。但是應(yīng)該理解，這些描述只是示例性的，而并非要限制本發(fā)明的范圍。此外，在以下說明中，省略了對公知結(jié)構(gòu)和技術(shù)的描述，以避免不必要地混淆本發(fā)明的概念。