基于薄膜晶體管的動態(tài)隨機存儲器及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于薄膜晶體管的動態(tài)隨機存儲器及其制備方法，屬于平板顯示系統(tǒng)制造領域。本發(fā)明在玻璃或者柔性塑料的襯底上制備動態(tài)隨機存儲器的柵電極、柵氧化層、浮柵、有源區(qū)、源電極和漏電極；該存儲器形成有一個薄膜晶體管和一個浮柵薄膜晶體管，其中浮柵薄膜晶體管中的浮柵用作電荷存儲媒介，它通過其旁邊的薄膜晶體管來完成編程和擦除操作。狀態(tài)的讀取則通過浮柵薄膜晶體管來完成。本發(fā)明提供的動態(tài)隨機存儲器擦寫速度快，刷新周期長，讀取后無需自刷新操作，制備工藝與系統(tǒng)面板制造相兼容，因此在平板顯示和柔性電子領域具有廣闊的應用前景。
【專利說明】基于薄膜晶體管的動態(tài)隨機存儲器及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于半導體集成電路領域，具體涉及一種基于薄膜晶體管的動態(tài)隨機存儲器及其制備方法。
【背景技術】
[0002]近幾年，系統(tǒng)面板技術和柔性集成電路技術受到人們越來越多的關注。系統(tǒng)面板和柔性集成電路分別要求以玻璃和柔性的塑料為襯底制作各種元器件，動態(tài)隨機存儲器是必不可少的一種數(shù)據(jù)存儲器件。傳統(tǒng)的動態(tài)隨機存儲器是以單晶硅為襯底制造的，由于制作工藝復雜，涉及高溫工藝，顯然無法滿足系統(tǒng)面板和柔性集成電路的應用需求。而且，傳統(tǒng)的動態(tài)隨機存儲器由一個晶體管和一個電容組成，數(shù)據(jù)以電荷的形式存儲在電容上，在讀取數(shù)據(jù)時，電容上存儲的電荷會受到影響，因此屬于破壞性讀取存儲器，每次讀取后都需要自刷新操作，這使得存儲器的讀寫電路復雜化。因此，亟需開發(fā)一種讀寫速度快，讀取后無需自刷新操作，且能夠制作在玻璃或者柔性襯底上的動態(tài)隨機存儲器。
[0003]氧化銦鎵鋅(IGZO)是近幾年倍受關注的一種非晶氧化物半導體，它具有相當大的電子遷移率，且均勻性好、能實現(xiàn)低溫條件下大規(guī)模生產(chǎn)，因此，在IGZO薄膜上制作的動態(tài)隨機存儲器能夠滿足系統(tǒng)面板和柔性集成電路對器件加工工藝的要求。

【發(fā)明內容】

[0004]本發(fā)明的目的是提供一種讀寫速度快，刷新周期長，讀取后無需自刷新操作，且能夠制作在玻璃或者柔性襯底上的隨機動態(tài)存儲器。本發(fā)明同時提供了該動態(tài)隨機存儲器的制備方法。
[0005]為了達到上述目的，本發(fā)明的一個技術方案是提供一種基于薄膜晶體管的動態(tài)隨機存儲器，該存儲器包含一個薄膜晶體管和一個浮柵薄膜晶體管，該浮柵薄膜晶體管的浮柵用于存儲電荷，它與該薄膜晶體管的漏極相連接，可以通過該薄膜晶體管充電或放電；
該存儲器中包含以下結構:
襯底；
柵電極，包含薄膜晶體管的柵電極和浮柵薄膜晶體管的柵電極，其相互隔開分別形成在所述襯底上；
第一層柵氧化層，形成在所述柵電極之上，還形成在所述襯底上沒有被所述柵電極覆蓋的位置之上；
薄膜晶體管的有源區(qū)，形成在所述第一層柵氧化層上，并與下方所述薄膜晶體管的柵電極的位置相對應；
薄膜晶體管的源電極和漏電極與浮柵薄膜晶體管的浮柵，各自按照設定的圖案形成在所述薄膜晶體管的有源區(qū)和所述第一層柵氧化層之上；
第二層柵氧化層，形成在所述薄膜晶體管的源電極和漏電極，所述浮柵薄膜晶體管的浮柵，以及未被兩者覆蓋的第一層柵氧化層和薄膜晶體管的有源區(qū)之上； 浮柵薄膜晶體管的有源區(qū)，形成在所述第二層柵氧化層上，并與下方所述浮柵薄膜晶體管的柵電極的位置相對應；
浮柵薄膜晶體管的源電極和漏電極，設有兩個相互隔開的區(qū)域，各自按照設定的圖案，從所述浮柵薄膜晶體管的有源區(qū)上連續(xù)延伸到位于所述襯底及第一層柵氧化層上方的第二層柵氧化層之上。
[0006]優(yōu)選的實施例中，所述薄膜晶體管的源電極按照設定的圖案，從所述薄膜晶體管的有源區(qū)上連續(xù)延伸至位于所述襯底上方的第一層柵氧化層之上；
所述浮柵薄膜晶體管的浮柵與所述薄膜晶體管的漏電極相連接，兩者連接的部分按照設定的圖案，從所述薄膜晶體管的有源區(qū)上連續(xù)延伸到位于所述襯底上方直至所述浮柵薄膜晶體管的柵電極上方的第一層柵氧化層之上。
[0007]優(yōu)選的實施例中，所述襯底的材料為玻璃或柔性的塑料。
[0008]優(yōu)選的實施例中，所述柵電極的材料為金屬時是鑰、鈦或鉬；或者，所述柵電極的材料為氮化物時是TiN或TaN ;或者，所述柵電極的材料為透明導電材料時為氧化銦錫IT0。
[0009]優(yōu)選的實施例中，所述的柵氧化層的材料是高介電常數(shù)材料，所述高介電常數(shù)材料包含Al2O2、HfO2或者ZrO2。
[0010]優(yōu)選的實施例中，所述薄膜晶體管的有源區(qū)和浮柵薄膜晶體管的有源區(qū)的材料是氧化銦鎵鋅IGZO薄膜。
[0011 ] 優(yōu)選的實施例中，所述浮柵，所述薄膜晶體管的源電極和漏電極，及所述浮柵薄膜晶體管的源電極和漏電極的材料是金屬鑰、鈦或鉬。
[0012]本發(fā)明的另一個技術方案是提供一種上述基于薄膜晶體管的動態(tài)隨機存儲器的制備方法，該方法包含:
步驟1:在襯底上采用濺射法生長一層導電薄膜，光刻刻蝕形成相互隔開的薄膜晶體管的柵電極和浮柵薄膜晶體管的柵電極；
步驟2:采用原子層淀積法生長第一層柵氧化層；
步驟3:采用射頻磁控濺射法淀積一層氧化銦鎵鋅IGZO薄膜，光刻刻蝕形成薄膜晶體管的有源區(qū)；
步驟4:采用濺射法生長第一層金屬，光刻刻蝕形成薄膜晶體管的源電極和漏電極以及浮柵薄膜晶體管的浮柵；
步驟5:采用原子層淀積方法生長第二層柵氧化層；
步驟6:采用射頻磁控濺射法淀積另一層氧化銦鎵鋅IGZO薄膜，光刻刻蝕形成浮柵薄膜晶體管的有源區(qū)；
步驟7:采用濺射法生長第二層金屬，光刻刻蝕形成浮柵薄膜晶體管的源電極和漏電極。
[0013]優(yōu)選的實施例中，所述的襯底為玻璃或者柔性的塑料。
[0014]優(yōu)選的實施例中，在步驟I中，所述導電薄膜的材料為金屬時是鑰、鈦或鉬；或者，所述導電薄膜的材料為氮化物時是TiN或TaN ;或者，所述導電薄膜的材料為透明導電材料時為氧化銦錫IT0。
[0015]優(yōu)選的實施例中，在步驟2中，所述的第一層柵氧化層的材料為高介電常數(shù)材料，所述高介電常數(shù)材料包含Al2O3、HfO2或者ZrO2。[0016]優(yōu)選的實施例中，在步驟4和步驟7中所述的第一層金屬和第二層金屬的材料相同，該材料是金屬鑰、鈦或鉬。
[0017]優(yōu)選的實施例中，在步驟5中，所述第二層柵氧化層的材料為高介電常數(shù)材料，所述高介電常數(shù)材料包含Al2O3、HfO2或者ZrO2。
[0018]本發(fā)明所述基于薄膜晶體管的動態(tài)隨機存儲器及其制備方法，其有益效果為:
1、通過IGZO薄膜晶體管給浮柵薄膜晶體管的浮柵充電和放電，可以提高存儲器的擦寫速度。此外，由于IGZO薄膜晶體管關態(tài)電流小，使得浮柵中存儲的電荷可以保持很長時間。
[0019]2、通過浮柵薄膜晶體管讀取數(shù)據(jù)，讀取方式為非破壞性讀取，讀取后無需自刷新操作。
[0020]3、采用原子層淀積技術生長氧化層，可以在低于400°C的溫度下進行，因此降低了器件器作過程中的工藝溫度。
[0021]4、采用非晶IGZO薄膜作為薄膜晶體管和浮柵薄膜晶體管的有源區(qū)，可以提高器件電學性能的均勻性。
[0022]5、采用玻璃或者柔性的塑料為襯底，制備方法簡單，制備溫度低，使得本發(fā)明在系統(tǒng)面板和柔性集成電路領域具有很好的應用前景。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0023]圖1為本發(fā)明的動態(tài)隨機存儲器的等效電路圖。
[0024]圖2為本發(fā)明的動態(tài)隨機存儲器的俯視圖。
[0025]圖3為本發(fā)明的動態(tài)隨機存儲器A-A’向的剖面圖。
[0026]圖4a?圖4h依次示出了本發(fā)明的基于薄膜晶體管的動態(tài)隨機存儲器的一個實施例的制備方法的主要工藝步驟，其中，
圖4a為襯底的結構不意圖；
圖4b為形成薄膜晶體管柵電極和浮柵薄膜晶體管柵電極的工藝步驟；
圖4c為形成第一層柵氧化層的工藝步驟；
圖4d為形成薄膜晶體管的有源區(qū)的工藝步驟；
圖4e為形成薄膜晶體管的源電極、漏電極以及浮柵薄膜晶體管的浮柵的工藝步驟；
圖4f為形成第二層柵氧化層的工藝步驟；
圖4g為形成浮柵薄膜晶體管的不源區(qū)的工藝步驟；
圖4h為形成浮柵薄膜晶體管的源電極和漏電極的工藝步驟。
【具體實施方式】
[0027]下面結合附圖，通過具體實施例對本發(fā)明作進一步的詳細說明。
[0028]本發(fā)明提供了一種基于薄膜晶體管的動態(tài)隨機存儲器，圖廣圖3所示，分別為該動態(tài)隨機存儲器的等效電路圖、俯視圖和剖面圖。
[0029]如圖1所示，該存儲器由一個薄膜晶體管和一個浮柵薄膜晶體管構成，該浮柵薄膜晶體管的浮柵用于存儲電荷，它與薄膜晶體管的漏極通過金屬相連接，因此它可以通過薄膜晶體管充電或放電。浮柵薄膜晶體管用于讀取數(shù)據(jù)。進行擦寫操作時，將浮柵薄膜晶體管的柵極、源極和漏極均接地。寫入時，在薄膜晶體管的柵極施加正電壓，使薄膜晶體管處于開啟狀態(tài)，同時在薄膜晶體管的源極施加負電壓，負電荷通過薄膜晶體管注入并存儲于浮柵內，使得浮柵薄膜晶體管處于高閾值電壓狀態(tài)。擦除時，在薄膜晶體管的柵極施加正電壓，使薄膜晶體管處于開啟狀態(tài)，同時在薄膜晶體管的源極接地，浮柵內存儲的電荷通過薄膜晶體管釋放，使得器件返回到低閾值電壓狀態(tài)。
[0030]如圖2、圖3所示，本發(fā)明提供的存儲器包含:襯底1、柵電極、柵氧化層、浮柵7、有源區(qū)、源電極和漏電極；其中:
所述的柵電極，包含薄膜晶體管的柵電極3和浮柵薄膜晶體管的柵電極2，其相互隔開，分別形成在所述襯底I上。
[0031]所述的柵氧化層，包含第一層柵氧化層4和第二層柵氧化層8。該第一層柵氧化層4形成在所述柵電極之上，還形成在所述襯底I上沒有被所述柵電極覆蓋的位置之上。
[0032]所述的有源區(qū)，包含薄膜晶體管的有源區(qū)5和浮柵薄膜晶體管的有源區(qū)9。所述薄膜晶體管的有源區(qū)5形成在所述第一層柵氧化層4上，并與下方所述薄膜晶體管的柵電極3的位置相對應。
[0033]所述的源電極和漏電極，包含薄膜晶體管的源電極和漏電極6以及浮柵薄膜晶體管的源電極和漏電極10。所述薄膜晶體管的源電極，從所述薄膜晶體管的有源區(qū)5上靠近其第一側的位置，延伸到位于所述薄膜晶體管的柵電極3第一側邊緣上方及該邊緣附近襯底I上方的第一層柵氧化層4之上。
[0034]所述浮柵薄膜晶體管的浮柵7與所述薄膜晶體管的源電極和漏電極6位于同一層。所述浮柵薄膜晶體管的浮柵7與所述薄膜晶體管的漏電極相連接，兩者連接的部分根據(jù)設定圖案布置，從所述薄膜晶體管的有源區(qū)5上靠近其第二側的位置，延伸到所述薄膜晶體管的柵電極3第二側邊緣上方直至所述浮柵薄膜晶體管的柵電極2第一側邊緣上方的第一層柵氧化層4上，進而還覆蓋了所述浮柵薄膜晶體管的柵電極2上方的第一層柵氧化層4。
[0035]所述的第二層柵氧化層8，形成在所述薄膜晶體管的源電極和漏電極6，所述浮柵薄膜晶體管的浮柵7，以及未被兩者覆蓋的第一層柵氧化層4和薄膜晶體管的有源區(qū)5之上。
[0036]所述的浮柵薄膜晶體管的有源區(qū)9，形成在所述第二層柵氧化層8上，并與下方所述浮柵薄膜晶體管的柵電極2的位置相對應。
[0037]所述的浮柵薄膜晶體管的源電極和漏電極10，設有兩個相互隔開的區(qū)域，分別從所述浮柵薄膜晶體管的有源區(qū)9上靠近其第三側和第四側的位置，經(jīng)過所述浮柵薄膜晶體管的柵電極2第三側和第四側的邊緣，直至延伸到位于所述襯底I及第一層柵氧化層4上方的第二層柵氧化層8之上。
[0038]在優(yōu)選的實施例中，所述的襯底I的材料為玻璃或柔性的塑料。
[0039]所述柵電極的材料為鑰、鈦、鉬等金屬或者TiN、TaN等氮化物或者氧化銦錫ITO等的透明導電材料。
[0040]所述柵氧化層材料為通過原子層淀積方法生長的A1203、HfO2或者ZrO2等高k材料(即高介電常數(shù)材料)。
[0041]所述器件的有源區(qū)為通過射頻磁控濺射方法淀積的IGZO薄膜。[0042]所述的浮柵7、源電極和漏電極的材料為鑰、鈦、鉬等金屬。
[0043]本發(fā)明的基于薄膜晶體管的動態(tài)隨機存儲器的制備方法的一個實施例由圖4a?圖4h所示，包含以下步驟:
步驟1:采用玻璃或者柔性的塑料為襯底1，如圖4a所示，采用直流濺射方法生長一層3(T50納米厚的TaN薄膜，然后光刻刻蝕出薄膜晶體管的柵電極3和浮柵薄膜晶體管的柵電極2,如圖4b所示。
[0044]步驟2:采用原子層淀積方法生長一層5(T80納米厚的Al2O3薄膜，作為第一層柵氧化層4，如圖4c所示。
[0045]步驟3:采用射頻磁控濺射方法生長一層3(T50納米厚的氧化銦鎵鋅IGZO薄膜，然光刻刻蝕出薄膜晶體管的有源區(qū)5，如圖4d所示。
[0046]步驟4:采用直流濺射方法生長一層3(T50納米厚的金屬鑰，然后光刻刻蝕出薄膜晶體管的源、漏電極6以及浮柵薄膜晶體管的浮柵7，如圖4e所示。
[0047]步驟5:采用原子層淀積方法生長一層5(T80納米厚的Al2O3薄膜，如圖4f所示。
[0048]步驟6:采用射頻磁控濺射方法生長一層3(T50納米厚的氧化銦鎵鋅IGZO薄膜，然光刻刻蝕出浮柵薄膜晶體管的有源區(qū)9，如圖4g所示。
[0049]步驟7:采用直流濺射方法生長一層3(T50納米厚的金屬鑰，然后光刻刻蝕出浮柵薄膜晶體管的源、漏電極10，如圖4h所示。
[0050]最后，需要注意的是，盡管本發(fā)明的內容已經(jīng)通過上述實施例作了詳細介紹，但應當認識到上述的描述不應被認為是對本發(fā)明的限制。在本領域技術人員閱讀了上述內容后，對于本發(fā)明的多種修改和替代都將是顯而易見的。因此，本發(fā)明的保護范圍應由所附的權利要求來限定。
【權利要求】
1.一種基于薄膜晶體管的動態(tài)隨機存儲器，其特征在于，該存儲器包含一個薄膜晶體管和一個浮柵薄膜晶體管，該浮柵薄膜晶體管的浮柵用于存儲電荷，它與該薄膜晶體管的漏極相連接通過薄膜晶體管充電或放電； 該存儲器中包含以下結構: 襯底(I); 柵電極，包含薄膜晶體管的柵電極(3)和浮柵薄膜晶體管的柵電極(2)，其相互隔開分別形成在所述襯底(I)上； 第一層柵氧化層(4)，形成在所述柵電極之上，還形成在所述襯底(I)上沒有被所述柵電極覆蓋的位置之上； 薄膜晶體管的有源區(qū)(5)，形成在所述第一層柵氧化層(4)上，并與下方所述薄膜晶體管的柵電極(3)的位置相對應； 薄膜晶體管的源電極和漏電極(6)與浮柵薄膜晶體管的浮柵(7)，各自按照設定的圖案形成在所述薄膜晶體管的有源區(qū)(5)和所述第一層柵氧化層(4)之上； 第二層柵氧化層(8)，形成在所述薄膜晶體管的源電極和漏電極(6)，所述浮柵薄膜晶體管的浮柵(7)，以及未被兩者覆蓋的第一層柵氧化層(4)和薄膜晶體管的有源區(qū)(5)之上； 浮柵薄膜晶體管的有源區(qū)(9)，形成在所述第二層柵氧化層(8)上，并與下方所述浮柵薄膜晶體管的柵電極(2)的位置相對應； 浮柵薄膜晶體管的源電極和漏電極(10)，設有兩個相互隔開的區(qū)域，各自按照設定的圖案，從所述浮柵薄膜晶體管的有源區(qū)(9)上連續(xù)延伸到位于所述襯底(I)及第一層柵氧化層(4)上方的第二層柵氧化層(8)之上。
2.如權利要求1所述的動態(tài)存儲器，其特征在于，所述薄膜晶體管的源電極按照設定的圖案，從所述薄膜晶體管的有源區(qū)(5)上連續(xù)延伸至位于所述襯底(I)上方的第一層柵氧化層(4)之上； 所述浮柵薄膜晶體管的浮柵(7)與所述薄膜晶體管的漏電極相連接，兩者連接的部分按照設定的圖案，從所述薄膜晶體管的有源區(qū)(5)上連續(xù)延伸到位于所述襯底(I)上方直至所述浮柵薄膜晶體管的柵電極(2)上方的第一層柵氧化層(4)之上。
3.如權利要求1所述的動態(tài)隨機存儲器，其特征在于，所述襯底(I)的材料為玻璃或柔性的塑料。
4.如權利要求1所述的動態(tài)存儲器，其特征在于，所述柵電極的材料為金屬時是鑰、鈦或鉬；或者，所述柵電極的材料為氮化物時是TiN或TaN ;或者,所述柵電極的材料為透明導電材料時為氧化銦錫ITO。
5.如權利要求1所述的動態(tài)存儲器，其特征在于，所述的柵氧化層的材料是高介電常數(shù)材料，所述高介電常數(shù)材料包含Al2O3、HfO2或者ZrO2。
6.如權利要求1所述的動態(tài)隨機存儲器，其特征在于，所述薄膜晶體管的有源區(qū)(5)和浮柵薄膜晶體管的有源區(qū)(9)的材料是氧化銦鎵鋅IGZO薄膜。
7.如權利要求1所述的動態(tài)隨機存儲器，其特征在于，所述浮柵(7)，所述薄膜晶體管的源電極和漏電極(6)，及所述浮柵薄膜晶體管的源電極和漏電極(10)的材料是金屬鑰、鈦或鉬。
8.一種根據(jù)權利要求1所述的基于薄膜晶體管的動態(tài)隨機存儲器的制備方法，其特征在于，該方法包含: 步驟1:在襯底(I)上采用濺射法生長一層導電薄膜，光刻刻蝕形成相互隔開的薄膜晶體管的柵電極(3)和浮柵薄膜晶體管的柵電極(2)； 步驟2:采用原子層淀積法生長第一層柵氧化層(4)； 步驟3:采用射頻磁控濺射法淀積一層氧化銦鎵鋅IGZO薄膜，光刻刻蝕形成薄膜晶體管的有源區(qū)(5); 步驟4:采用濺射法生長第一層金屬，光刻刻蝕形成薄膜晶體管的源電極和漏電極(6)以及浮柵薄膜晶體管的浮柵(7)； 步驟5:采用原子層淀積方法生長第二層柵氧化層(8)； 步驟6:采用射頻磁控濺射法淀積另一層氧化銦鎵鋅IGZO薄膜，光刻刻蝕形成浮柵薄膜晶體管的有源區(qū)(9); 步驟7:采用濺射法生長第二層金屬，光刻刻蝕形成浮柵薄膜晶體管的源電極和漏電極(10)。
9.如權利要求8所述的基于薄膜晶體管的動態(tài)隨機存儲器的制備方法，其特征在于，所述的襯底(I)為玻璃或者柔性的塑料。
10.如權利要求8所述的基于薄膜晶體管的動態(tài)隨機存儲器的制備方法，其特征在于，在步驟I中，所述導電薄膜的材料為金屬時是鑰、鈦或鉬；或者，所述導電薄膜的材料為氮化物時是TiN或TaN ;或者，所述導電薄膜的材料為透明導電材料時為氧化銦錫IT0。
11.如權利要求8所述的基于薄膜晶體管的動態(tài)隨機存儲器的制備方法，其特征在于，在步驟2中，所述的第一層柵氧化層(4)的材料為高介電常數(shù)材料，所述高介電常數(shù)材料包含 Al203、Hf02 或者 ZrO2。
12.如權利要求8所述的基于薄膜晶體管的動態(tài)隨機存儲器的制備方法，其特征在于，在步驟4和步驟7中所述的第一層金屬和第二層金屬的材料相同，該材料是金屬鑰、鈦或鉬。
13.如權利要求8所述的基于薄膜晶體管的動態(tài)隨機存儲器的制備方法，其特征在于，在步驟5中，所述的第二層柵氧化層(8)的材料為高介電常數(shù)材料，所述高介電常數(shù)材料包含 Al203、Hf02 或者 ZrO2。
【文檔編號】H01L29/06GK103646960SQ201310565961
【公開日】2014年3月19日 申請日期:2013年11月13日 優(yōu)先權日:2013年11月13日
【發(fā)明者】丁士進, 張文鵬 申請人:復旦大學