一种双栅结构的铁电型InGaZnO非易失性存储器的制作方法

文档序号:12838055

本发明涉及半导体非易失性存储器领域,尤其涉及一种具有双栅结构的铁电型InGaZnO非易失性存储器。



背景技术:

平板显示已在电视、计算机及智能手机等各类电子产品中得到广泛应用,极大改善了人们的生活。随着人们对低功耗及高分辨率的便携式电子设备、大尺寸3D显示等具有更高品质的产品需求迅速增加,研究人员提出了“面板系统(System on Panel,SoP)”技术,即把不同功能的模块(如像素电路、外围驱动电路及信息存储等模块)集成在面板上。SoP技术在降低产品成本和功耗的同时显著提升了产品的稳定性和工作速度,因此是发展高品质平板显示的有益技术途径。薄膜晶体管(Thin Film Transistor,TFT)和非易失性存储器(Non-Volatile Memory,NVM))是两种构成SoP的关键性器件,其中,NVM在SoP中起着像素存储、各种显示参数及控制信号存储的作用。

铁电型NVM作为NVM的一个重要分支,具有结构(包括沟道层/铁电层/栅极)和制作工艺简单、工作速度快等特点,因此应用前景广阔。

无论是TFT还是NVM,其器件性能都与沟道层的材料密切相关。与传统的Si基(如非晶Si,多晶Si等)沟道材料相比,InGaZnO具有透光率高、迁移率高、均匀性好及制备工艺简单(使用常规溅射工艺即可成膜)等优点,是较为理想的沟道材料。因此,利用InGaZnO作沟道材料开发高性能的TFT和NVM,对于实现SoP具有重要意义。

最初的InGaZnO TFT为单栅结构,近年来,发展出了双栅结构的InGaZnO TFT(自上而下包括:顶栅/顶栅氧化层/沟道层/底栅氧化层/底栅),以实现TFT阈值电压Vth的调节以及增强栅极对沟道的控制能力和TFT的驱动能力。相比于InGaZnO TFT,InGaZnO NVM的发展则相对滞后,特别地,存储器的存储窗口和可靠性等性能指标有待进一步改善。通过增加“编程/擦除(Program/Erase,P/E)”电压可以增大存储器的存储窗口;另一方面,大的“编程/擦除”电压所产生的应力会恶化存储器的可靠性能并且会增加器件的功耗。此外,对于现有铁电型NVM,“编程/擦除”(实现信息存储)和“读”(实现信息读取)操作通常利用同一个栅极进行,因此,在进行“读”操作时,施加在栅极的“读”操作电压所产生的应力会恶化铁电层的性能,进而降低了存储器的可靠性。



技术实现要素:

发明目的:为了克服现有技术的不足,提供一种双栅结构的InGaZnO铁电型非易失性存储器,可有效提高存储器的存储窗口和可靠性能。

技术方案:为实现上述目的,本发明采用的技术方案是:

一种双栅结构的铁电型InGaZnO非易失性存储器,包括衬底、设在衬底上的底栅,设在衬底上并且覆盖底栅的底栅氧化层,设在底栅氧化层上的InGaZnO沟道层,设在InGaZnO沟道层上相对两侧的源极、漏极,设在InGaZnO沟道层上以及源极、漏极上的铁电层,设置在铁电层上的顶栅,所述顶栅位于底栅的正上方;所述底栅氧化层的等效氧化层厚度TBOX、InGaZnO沟道层的等效氧化层厚度TIGZO以及铁电层的等效氧化层厚度TTOX满足:3>TBOX/(TTOX+TIGZO)>1;对所述顶栅施加电压来实现非易失性存储器的“编程/擦除”操作,对所述底栅施加电压来实现非易失性存储器的“读”操作。

有益效果:与现有技术相比,本发明具有以下优点:

1),本发明提出的双栅结构的铁电型InGaZnO非易失性存储器,通过利用底栅TFT进行“读”操作可实现对顶栅存储器的存储窗口放大,因此,增强了器件的存储性能,并能解决现有铁电型存储器必须通过增加编程/擦除电压和操作时间来实现大的存储窗口及其引起的功耗和可靠性问题。

2),现有铁电型NVM的“编程/擦除”和“读”操作通常利用相同的栅极进行,在“读”操作时,施加在栅极的“读”操作电压所产生的应力会恶化铁电层及器件的可靠性;本发明中“编程/擦除”和“读”操作的分离,消除了“读”操作对铁电层的应力效应,因此提升了器件的可靠性能。

附图说明

图1为一种双栅结构的铁电型InGaZnO非易失性存储器的结构示意图。

具体实施例

如图1所示,一种双栅结构的铁电型InGaZnO非易失性存储器,包括衬底10、设在衬底10上的底栅11,设在衬底10上并且覆盖底栅11的底栅氧化层12,设在底栅氧化层12上的InGaZnO沟道层13,设在InGaZnO沟道层13上相对两侧的源极14和漏极15,设在InGaZnO沟道层13上以及源极14、漏极15上的铁电层16,设置在铁电层16上的顶栅17,顶栅17位于底栅11的正上方。底栅氧化层12的等效氧化层厚度TBOX、InGaZnO沟道层13的等效氧化层厚度TIGZO以及铁电层16的等效氧化层厚度TTOX满足: 3>TBOX/(TTOX+TIGZO)>1。

上述结构中,顶栅17、铁电层16、沟道层13、源极14及漏极15构成了顶栅存储器;沟道层13、源极14、漏极15、底栅氧化层12及底栅11构成了底栅TFT。该双栅铁电型InGaZnO NVM在结构上进行了“编程/擦除”和“读”操作的分离:“编程/擦除”操作通过顶栅存储器进行,即对顶栅17施加电压来实现;而“读”操作则通过底栅TFT进行,即对底栅11施加电压来实现。由于InGaZnO具有难以反型的固有特点,该双栅铁电型InGaZnO非易失性存储器在对顶栅存储器进行“编程/擦除”时,其引起的顶栅存储器的Vth变化幅度ΔVthT(即存储窗口)和该条件下引起的底栅TFT的Vth变化幅度ΔVthB近似满足以下耦合关系:

式(1)表明:如果选择合适的材料和厚度使得TBOX/(TTOX+TIGZO)>1,ΔVthB对顶栅偏置引起的ΔVthT具有增强和放大效果。根据式(1),由于TBOX/(TTOX+TIGZO)>1,利用底栅TFT进行“读”操作可实现对顶栅存储器的存储窗口放大。但如果TBOX/(TTOX+TIGZO)>3,则会由于底栅氧化层过厚,引起底栅TFT的栅极对沟道层的控制能力变弱,导致了工作电压及功耗增加,并且/或者由于铁电层过薄,导致顶栅存储器容易发生电荷泄漏,引起了器件可靠性能变差。

以上所述仅是本发明的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理的前提下,还可以做出若干改进和润饰,这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

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