[發明專利]一種雙柵結構的鐵電型InGaZnO非易失性存儲器

有效

• 申請號: 201610236723.0
• 申請日: 2016-04-15
• 公開（公告）號: CN107305897B
• 公開（公告）日: 2019-11-08
• 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: H01L27/11585
• 分類號: H01L27/11585;H01L29/78
• 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

本發明公開了一種雙柵結構的鐵電型InGaZnO非易失性存儲器，自上而下為：頂柵/鐵電層/溝道層/底柵氧化層/底柵。該非易失性存儲器通過在結構上進行“編程/擦除”和“讀”操作的分離，提升了存儲器的存儲窗口及可靠性能。

技術領域

本發明涉及半導體非易失性存儲器領域，尤其涉及一種具有雙柵結構的鐵電型InGaZnO非易失性存儲器。

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。

鐵電型NVM作為NVM的一個重要分支，具有結構(包括溝道層/鐵電層/柵極)和制作工藝簡單、工作速度快等特點，因此應用前景廣闊。

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Si等)溝道材料相比，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，是較為理想的溝道材料。因此，利用InGaZnO作溝道材料開發高性能的TFT和NVM，對于實現SoP具有重要意義。

最初的InGaZnO TFT為單柵結構，近年來，發展出了雙柵結構的InGaZnO TFT(自上而下包括：頂柵/頂柵氧化層/溝道層/底柵氧化層/底柵)，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。相比于InGaZnO TFT，InGaZnO NVM的發展則相對滯后，特別地，存儲器的存儲窗口和可靠性等性能指標有待進一步改善。通過增加“編程/擦除(Program/Erase,P/E)”電壓可以增大存儲器的存儲窗口；另一方面，大的“編程/擦除”電壓所產生的應力會惡化存儲器的可靠性能并且會增加器件的功耗。此外，對于現有鐵電型NVM，“編程/擦除”(實現信息存儲)和“讀”(實現信息讀取)操作通常利用同一個柵極進行，因此，在進行“讀”操作時，施加在柵極的“讀”操作電壓所產生的應力會惡化鐵電層的性能，進而降低了存儲器的可靠性。

發明內容

發明目的：為了克服現有技術的不足，提供一種雙柵結構的InGaZnO鐵電型非易失性存儲器,可有效提高存儲器的存儲窗口和可靠性能。

技術方案：為實現上述目的，本發明采用的技術方案是：

一種雙柵結構的鐵電型InGaZnO非易失性存儲器，包括襯底、設在襯底上的底柵，設在襯底上并且覆蓋底柵的底柵氧化層，設在底柵氧化層上的InGaZnO溝道層，設在InGaZnO溝道層上相對兩側的源極、漏極，設在InGaZnO溝道層上以及源極、漏極上的鐵電層，設置在鐵電層上的頂柵，所述頂柵位于底柵的正上方；所述底柵氧化層的等效氧化層厚度T_BOX、InGaZnO溝道層的等效氧化層厚度T_IGZO以及鐵電層的等效氧化層厚度T_TOX滿足：3>T_BOX/(T_TOX+T_IGZO)>1；對所述頂柵施加電壓來實現非易失性存儲器的“編程/擦除”操作，對所述底柵施加電壓來實現非易失性存儲器的“讀”操作。

有益效果：與現有技術相比，本發明具有以下優點：