[發(fā)明專利]一種集成阻變存儲器器件的隧穿晶體管結(jié)構(gòu)及其制造方法

無效

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• 申請日: 2012-06-21
• 公開（公告）號: CN102709307A
• 公開（公告）日: 2012-10-03
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 林曦;王鵬飛;孫清清;張衛(wèi)
• 申請（專利權(quán)）人: 復(fù)旦大學(xué)
• 主分類號: H01L27/24
• 分類號: H01L27/24;H01L45/00
• 代理公司: 上海正旦專利代理有限公司 31200
• 代理人: 陸飛;盛志范

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于20納米以下的半導(dǎo)體存儲器技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種集成阻變存儲器器件的隧穿晶體管結(jié)構(gòu)及其制造方法。

背景技術(shù)

阻變存儲器的信息讀寫是依靠讀取或者改變阻變材料的電阻來實現(xiàn)的。通常的阻變材料具有高阻和低阻兩種狀態(tài)，阻變存儲器就是依靠材料本身高阻和低阻兩種狀態(tài)的改變來存儲信息的。圖1為一個典型的阻變存儲器單元的剖面圖，在該阻變存儲器單元10中，阻變存儲層12位于頂部電極11和底部電極13之間。阻變存儲層12的電阻值在外加電壓作用下可以具有高阻態(tài)和低阻態(tài)兩種不用的狀態(tài)，其可以分別用來表征“0”和?“1”兩種狀態(tài)。在不同的外加電壓條件下，阻變存儲器的電阻值在高阻態(tài)和低阻態(tài)之間可以實現(xiàn)可逆轉(zhuǎn)換，以此來實現(xiàn)信息的存儲。阻變存儲器具有制備簡單、存儲密度高、操作電壓低、讀寫速度快、保持時間長、非破壞性讀取、低功耗、與傳統(tǒng)CMOS（即互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體，CMOS是Complementary?Metal?Oxide?Semiconductor的縮寫）工藝兼容性好等優(yōu)點(diǎn)，被認(rèn)為是成為下一代“?通用”?存儲器的強(qiáng)有力的候選者之一。

目前，阻變存儲器的驅(qū)動電路通常采用MOS晶體管（即場效應(yīng)晶體管,MOS是Metal-Oxide-?Semiconductor的縮寫）結(jié)構(gòu)，且阻變存儲器通常在MOS晶體管的后道互連工藝完成之后形成，這樣工藝過程復(fù)雜且不利于器件向小型化方向的發(fā)展。同時，隨著集成電路器件技術(shù)的不斷發(fā)展，MOS晶體管的源、漏極間漏電流隨著溝道長度的縮小迅速上升，在30納米以下，有必要使用新的器件以獲得較小的漏電流，降低芯片功耗。解決上述問題的方案之一就是采用隧穿晶體管結(jié)構(gòu)。隧穿晶體管是一種漏電流非常小的晶體管，可以進(jìn)一步縮小電路的尺寸、降低電壓，大大降低芯片的功耗。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提出一種集成阻變存儲器器件的隧穿晶體管結(jié)構(gòu)及其制造方法，以簡化阻變存儲器及其驅(qū)動電路的集成步驟，降低芯片功耗。

本發(fā)明提出的集成阻變存儲器器件的隧穿晶體管結(jié)構(gòu)，具體包括：

一個半導(dǎo)體襯底；

在所述半導(dǎo)體襯底上形成的隧穿晶體管與阻變存儲器；

所述隧穿晶體管的柵介質(zhì)層延伸至所述隧穿晶體管的漏區(qū)表面之上；

所述延伸至隧穿晶體管的漏區(qū)表面之上的柵介質(zhì)層部分形成所述阻變存儲器的阻變存儲層。

進(jìn)一步地，所述的半導(dǎo)體襯底為硅或者為絕緣體上的硅。所述的隧穿晶體管的柵介質(zhì)層為Al₂O₃或為HfO₂，或者為其它具有高介電常數(shù)值的阻變材料。

同時，本發(fā)明還提出了上述集成阻變存儲器器件的隧穿晶體管結(jié)構(gòu)的制造方法，具體步驟包括：

在提供的半導(dǎo)體襯底表面形成第一層絕緣薄膜；

在第一層絕緣薄膜上淀積一層光刻膠；

掩膜、曝光、顯影，在上述光刻膠上定義出隧穿晶體管的源區(qū)位置；

刻蝕所述源區(qū)位置處的所述第一層絕緣薄膜露出襯底；

在所述半導(dǎo)體襯底內(nèi)形成具有第一種摻雜類型的源區(qū)；

剝除光刻膠；

在上述結(jié)構(gòu)上淀積一層光刻膠；

掩膜、曝光、顯影，在上述光刻膠上定義出隧穿晶體管的漏區(qū)位置；

刻蝕所述漏區(qū)位置處的所述第一層絕緣薄膜露出襯底；?

在所述半導(dǎo)體襯底內(nèi)形成具有第二種摻雜類型的漏區(qū)；

剝除光刻膠；

刻蝕所述第一層絕緣薄膜露出隧穿晶體管的柵區(qū)位置；

采用原子層淀積工藝在所述半導(dǎo)體襯底表面生長第二層絕緣薄膜；

在所述第二層絕緣薄膜之上淀積形成第一層導(dǎo)電薄膜；

在上述結(jié)構(gòu)上淀積一層光刻膠并掩膜、曝光、顯影形成圖形；

刻蝕掉暴露出的所述第一層導(dǎo)電薄膜，剩余的所述第一層導(dǎo)電薄膜形成隧穿晶體管的柵極；??

刻蝕掉所述源區(qū)上方的第二層絕緣薄膜而保留所述漏區(qū)上方的第二層絕緣薄膜，所述漏區(qū)上方的第二層絕緣薄膜形成阻變存儲器的阻變存儲層。

進(jìn)一步地，所述的第一層絕緣薄膜為氧化硅。所述的第二層絕緣薄膜為具有高介電常數(shù)值的阻變材料，比如為Al₂O₃或者為HfO₂。所述的第一層導(dǎo)電薄膜為摻雜的多晶硅。

更進(jìn)一步地，所述的第一種摻雜類型為n型摻雜，所述的第二種摻雜類型為p型摻雜；或者，所述的第一種摻雜類型為p型摻雜，所述的第二種摻雜類型為n型摻雜。