[發明專利]一種金屬氧化物薄膜晶體管存儲器件及其制備方法

有效

• 申請號: 201310315245.9
• 申請日: 2013-07-25
• 公開（公告）號: CN103400842A
• 公開（公告）日: 2013-11-20
• 發明（設計）人: 羅東向;徐苗;陶洪;龐佳威;周雷;李洪濛;王磊;彭俊彪
• 申請（專利權）人: 廣州新視界光電科技有限公司
• 主分類號: H01L27/115
• 分類號: H01L27/115;H01L21/8247
• 代理公司: 北京科億知識產權代理事務所(普通合伙) 11350
• 代理人: 湯東鳳

技術領域

本發明涉及半導體技術領域，尤其涉及一種金屬氧化物薄膜晶體管存儲器件及其制備方法。

背景技術

近年來，隨著新型平板顯示（FPD）產業的迅猛發展，作為FPD核心技術的薄膜晶體管（TFT）背板技術也在經歷著深刻的變革。金屬氧化物薄膜晶體管（MOTFT）以其高遷移率、工藝簡單、成本低、大面積均勻性高等優點逐漸代替傳統的非晶硅（a-Si）TFT和低溫多晶硅（LTPS）TFT，而成為業界的新焦點。

利用MOTFT技術在制作大尺寸、高分辨率、以及全透明平板顯示器的同時，為了滿足顯示器向輕薄化、集成化、全透明化發展，需要把半導體存儲器集成到平板顯示器上面。通常，根據驅動方式的不同，半導體存儲器件主要分為揮發性（易失性）和非易失性存儲器件兩種。常見的動態隨機存儲器（DRAM）屬于典型的揮發性存儲器件，它的存儲單元由一個晶體管和一個電容器組成，具有讀寫速度快、集成度高、容量大等優點。但是，由于DRAM是揮發性存儲器件，為了保持存儲的電荷，必須不斷地對其電容進行充電，因此DRAM的功耗較高。最嚴重的是，一旦斷電，存儲在DRAM中的所有信息將會丟失。

與此不同，非易失性存儲器的電荷保持能力很強，在不供電的情況下，儲存的數據也可保持很長一段時間。典型的非易失性存儲器件就是我們常說的閃存，閃存廣泛應用于當今世界的各個領域。以閃存為代表的非易失性存儲器件可作為獨立的存儲單元集成在邏輯電路上，得益于非易失性存儲器的高速發展，智能手機和平板電腦等便攜式電子產品得到了迅速的發展。因此，非易失性存儲器在FPD產業上的廣泛應用指日可待。

非易失性存儲器件的工作原理是基于薄膜晶體管的閾值電壓在兩個值之間的改變來實現的。應用最廣泛的非易失性存儲器件的結構為傳統的柵絕緣層三明治結構，具體為電荷阻擋層/電荷陷阱層或浮柵層/電荷遂穿層。當三明治存儲結構中間層為浮柵層時，又稱為浮柵型存儲結構。隨著數字時代的到來，便攜式電子產品得到了極大的應用。諸如，數碼相機、平板電腦、智能手機、各類型IC卡、和USB閃存，所有以上產品大多數都是采用傳統的浮柵結構存儲器件。然而，一方面存儲在浮柵中的電荷容易逐漸泄漏，導致存儲功能消失；另一方面，由于器件采用浮柵結構，進一步縮小尺寸，制作更高容量存儲器受到限制。因此，離散的電荷儲存介質型存儲結構被開發出來，即把三明治存儲結構的中間層改為嵌入納米顆粒作為電荷陷阱層，稱之為離散的電荷儲存介質型存儲結構。這些新結構存儲器件利用離散的電荷儲存介質，形成類似“浮柵”結構，達到存儲功能，以解決傳統浮柵結構存儲器件電荷泄漏問題。同時，因為納米顆粒可以達到的尺寸更小，離散的電荷儲存介質型存儲器件可以達到更高的密度，存儲容量更大。

傳統的浮柵結構存儲器件制作工藝較為簡單，并且與傳統非晶硅制作工藝相兼容，是在非晶硅工藝中被大量應用的器件結構。然而，存儲在浮柵中的電荷容易逐漸泄漏，導致存儲功能消失。

新型存儲器件一般結構：使用離散的納米顆粒嵌入到金屬-絕緣層-半導體（MIS）結構中的絕緣層中，形成類似“浮柵”結構，達到存儲功能，以解決傳統浮柵結構存儲器件電荷泄漏問題。但是，在柵絕緣層一側加入離散的納米電荷存儲層，工藝溫度高，成本高，工藝復雜（納米顆粒大小較難控制，導致均勻性較難控制），且工藝兼容性不高，只適合于制作單獨的半導體存儲設備。

因此，針對現有技術不足，提供一種電荷保留時間長、重復性高、讀寫時間短、密度高、制作工藝簡單、成本低，工藝兼容性高的金屬氧化物薄膜晶體管存儲器件及其制備方法以克服現有技術不足甚為必要。

發明內容

本發明的目的之一是提供了一種金屬氧化物薄膜晶體管存儲器件，具有電荷保留時間長、重復性高、讀寫時間短、密度高、制作工藝簡單、成本低，工藝兼容性高的特點。

本發明的上述目的通過如下技術手段實現。

一種金屬氧化物薄膜晶體管存儲器件，設置有電荷存儲層，金屬氧化物薄膜晶體管的有源層位于所述電荷存儲層和金屬氧化物薄膜晶體管的絕緣層之間。

上述電荷存儲層為三氧化鉬薄膜層、三氧化鎢薄膜層、氧化鎳薄膜層、C₆₀薄膜層、PCBM薄膜層、碳納米管薄膜層、石墨烯薄膜層、聚乙烯二氧噻吩薄膜層、P-PPV薄膜層、PFO薄膜層或者PFN薄膜層中的任意一種。

上述電荷存儲層通過旋涂法、真空熱蒸發法、磁控濺射法、原子層沉積法或者絲網印刷法中的任意一種方式成膜制備而成。

上述電荷存儲層的層厚設置為1～50?nm。

優選的，上述電荷存儲層的層厚設置為5～30?nm。