[發明專利]一種閾值電壓可調的薄膜晶體管作為非易失性存儲器的用途

有效

• 申請號: 201610235084.6
• 申請日: 2016-04-15
• 公開（公告）號: CN107301879B
• 公開（公告）日: 2020-06-02
• 發明（設計）人: 黃曉東;黃見秋
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: G11C19/28
• 分類號: G11C19/28;H01L29/786
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙) 32249
• 代理人: 吳旭

本發明公開了一種閾值電壓可調的薄膜晶體管作為非易失性存儲器的用途，薄膜晶體管的頂柵、阻擋層、存儲層、隧穿層及溝道層構成了頂柵型存儲器；薄膜晶體管的溝道層、底柵氧化層及底柵構成了底柵型TFT。通過對頂柵型存儲器進行操作實現非易失性存儲器的“編程/擦除”操作，通過對底柵型TFT進行操作實現非易失性存儲器的“讀”操作。“編程/擦除(Program/Erase,P/E)”和“讀”操作的分離，提升了存儲器的存儲窗口、可靠性以及工作速度等的性能。

技術領域

本發明涉及半導體非易失性存儲器領域，尤其涉及一種薄膜晶體管作為非易失性存儲器的用途。

背景技術

平板顯示已在電視、計算機及智能手機等各類電子產品中得到廣泛應用,極大改善了人們的生活。隨著人們對低功耗及高分辨率的便攜式電子設備、大尺寸3D顯示等具有更高品質的產品需求迅速增加，研究人員提出了“面板系統(System on Panel,SoP)”技術，即把不同功能的模塊(如像素電路、外圍驅動電路及信息存儲等模塊)集成在面板上。SoP技術在降低產品成本和功耗的同時顯著提升了產品的穩定性和工作速度，因此是發展高品質平板顯示的有益技術途徑。薄膜晶體管(Thin Film Transistor，TFT)和非易失性存儲器(Non-Volatile Memory,NVM))是兩種構成SoP的關鍵性器件，其中，NVM在SoP中起著像素存儲、各種顯示參數及控制信號存儲的作用。電荷型NVM作為NVM的一個重要分支，具有結構簡單(包括溝道層/隧穿層/存儲層/阻擋層/柵極)、可靠性高及與TFT技術兼容的特點，發展前景廣闊。

無論是TFT還是NVM，其器件性能都與溝道層的材料密切相關。與傳統的Si基(如非晶Si，多晶硅)溝道材料相比，銦鎵鋅氧化物InGaZnO具有透光率高、遷移率高、均勻性好及制備工藝簡單(使用常規濺射工藝即可成膜)等優點，因此是發展SoP優選的溝道材料。此外，InGaZnO還存在難以反型(即在負偏壓下，InGaZnO表面不出現空穴)的特點，這一方面使得TFT具有極低的漏電，降低了TFT功耗；另一方面，也導致了電荷型NVM擦除效率低及存儲窗口小等問題，成為制約NVM發展的一大瓶頸。此外，對于電荷型NVM，俘獲在存儲層中的電荷還會對溝道層表面的載流子造成散射，這降低了器件的遷移率，進而影響了器件的工作速度。

最初的InGaZnO TFT為單柵結構，近年來，發展出了雙柵結構的InGaZnO TFT，以實現TFT閾值電壓V_th的調節以及增強柵極對溝道的控制能力和TFT的驅動能力。中國專利申請：201410442648.4公開了一種閾值電壓可調的薄膜晶體管，如圖1所示，包括襯底10、設在襯底10上的底柵11，設在襯底10上并且覆蓋底柵11的底柵氧化層12，設在底柵氧化層12上的溝道層13，設在溝道層13上相對兩側的源極14、漏極15，設在溝道層13上以及源極14、漏極15上的隧穿層21，設在隧穿層21上的存儲層22，設在存儲層22上的阻擋層23，以及設在阻擋層23上的頂柵17，頂柵17位于底柵11正上方。其中，溝道層13采用銦鎵鋅氧化物InGaZnO。

由于InGaZnO具有難以反型的特點，雙柵InGaZnO TFT在通過對其中一個柵極(如頂柵)施加負偏置進行V_th調制時，其頂柵TFT(頂柵/頂柵氧化層/溝道層)的V_th變化幅度ΔV_th^T和該條件下引起的底柵TFT(溝道層/底柵氧化層/底柵)的V_th變化幅度ΔV_th^B近似滿足以下耦合關系：