一种电编程-紫外光擦除的存储器件结构及其制备方法
【专利摘要】本发明提出电编程-紫外光擦除的存储器件结构及其制备方法。以重掺杂的N型单晶硅片为衬底，并作为栅的引出电极；以致密性较好的氧化物绝缘体作存储器的电荷阻挡层；以电荷缺陷较多的薄膜材料或纳米晶作为电荷俘获层；以致密性较好且禁带宽度较大的氧化物绝缘体作存储器的隧穿层；以IGZO薄膜用作存储器的导电沟道，通过光刻、湿刻定义有源区并形成导电沟道；通过光刻、金属淀积及剥离技术，完成源、漏极的加工；测试时，在栅电极上加正脉冲实现对器件的编程操作；用紫外光照射器件，同时不加任何偏压，实现对器件擦除。本发明解决了基于IGZO沟道的TFT存储器擦除不了的问题；提高了器件的擦除效率和工作速度；扩大了基于IGZO沟道TFT存储器的应用空间。
【专利说明】一种电编程-紫外光擦除的存储器件结构及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及半导体集成电路【技术领域】，针对非挥发性快速闪存存储器，提出了一种电编程-紫外光擦除存储器的结构和制备方法。
【背景技术】 [0002]系统面板(SOP)技术是将多种功能元件全部集成在同一个显示面板上，以获得高性能和低成本的系统，在汽车、计算机、消费电子、军事电子、无线通信领域和食品检测等领域具有重要的应用前景。非易失性薄膜晶体管(TFT)存储器作为SOP中的重要元件，不仅可用于电路级调整和电压修饰，还适用于复杂显示参数的大容量存储等，将来像素存储和存储块也可望被直接集成在显示板上，既能实现数据存储，也能降低功耗，尤其是面向那些低功耗的便携式电子设备上。因此，对非挥发性TFT存储器的研究，已为国内外科研人员的热门话题。而非晶铟镓锌氧半导体(a-1GZO)作为一种新型的氧化物半导体，具有低温淀积、较高的电子迁移率(≥10cm2/V*s)和较大的禁带宽度(> 3.0eV)等优良性能，是一种较为理想的沟道材料。因此，基于IGZO沟道的非挥发性TFT存储器具有很好的应用前景。
[0003]然而，目前报道的基于IGZO沟道的TFT存储器都有一个很大的缺点:电擦除效率很低，甚至无法实现电擦除。
【发明内容】
[0004]基于上述背景，为了解决器件擦除效率低的问题，本发明提出了一种电编程-紫外光擦除的非挥发性TFT存储器结构及其制备方法，即采用紫外光照射的方法对器件进行擦除。这样，在擦除时不需要任何负偏压既能实现存储器阈值电压的左移，从而提高了存储器的擦除效率，改善了存储器的工作速度和稳定性。
[0005]为了达到上述目的，本发明的一个技术方案是提供一种电编程-紫外光擦除的存储器件结构，其包含:
采用重掺杂的N型单晶硅片为衬底，并作为栅电极的引出电极；
在所述衬底上，形成具有良好致密性的氧化物绝缘体薄膜，作为阻挡氧化层；
在所述阻挡氧化层上，形成纳米晶，或者是形成的由具有电荷俘获能力材料制成的薄膜，作为电荷俘获层；
在所述电荷俘获层上，形成具有良好致密性且禁带宽度大的氧化物绝缘体薄膜，作为
隧穿氧化层；
在所述隧穿氧化层上，形成IGZO薄膜，基于所述IGZO薄膜来定义有源区并形成导电沟
道；
在所述导电沟道上，形成源、漏区域并淀积一层金属薄膜，以形成源极和漏极；
所述的存储器件，能够在源极、漏极接地时，通过在栅电极上施加一个正的电压脉冲来进行编程操作；并且，能够在紫外光照射下进行擦除操作，而不需要在各电极上施加任何电压。[0006]所述存储器件中具有下列的任意一项或其任意的组合:
所述N型单晶硅片的电阻率为0.008、.100 Q *cm ；
所述阻挡氧化层是Al2O3薄膜、或SiO2薄膜、或HfO2薄膜；所述阻挡氧化层的薄膜厚度为 20~150nm ；
所述电荷俘获层是Pt纳米晶、或Ru纳米晶，所述电荷俘获层为金属纳米晶颗粒时，密度为5 X IOltl~5 X IO12 cm—2 ;或者所述电荷俘获层是SiNx薄膜、或ZnAlO薄膜、或ZnGaO薄膜，厚度为l(T50nm ；
所述隧穿氧化层是SiO2薄膜、或Al2O3薄膜；所述隧穿氧化层的厚度为5~20nm ；
所述IGZO薄膜的厚度为IOlOOnm ；
用以形成源极和漏极的是Au、或Al的金属薄膜；所述金属薄膜的厚度为5(T250nm。
[0007]本发明的另一个技术方案是提供一种电编程-紫外光擦除的存储器件结构的制备方法，其包含:
对作为衬底的重掺杂的N型单晶硅片进行表面清洗，该N型单晶硅片还被作为栅电极的引出电极；
在所述衬底上，生长具有良好致密性的氧化物绝缘体薄膜，作为阻挡氧化层；
在所述阻挡氧化层上，生长纳米晶，或者生长由具有电荷俘获能力材料制成的薄膜，作为电荷俘获层；
在所述电荷俘获层上，生长具有良好致密性且禁带宽度大的氧化物绝缘体薄膜，作为
隧穿氧化层；
在所述隧穿氧化层上，生长IGZO薄膜，基于所述IGZO薄膜来定义有源区并形成导电沟
道；
在所述导电沟道上，形成源、漏区域并淀积一层金属薄膜，以形成源极和漏极；
以及，对制成的存储器件进行电学性能的测试，将源极、漏极接地，通过在栅电极上施加一个正的电压脉冲来进行编程操作；并且，在紫外光照射下进行擦除操作，而不需要在各电极上施加任何电压。
[0008]制备所述存储器件时，基于下列的任意一项或其任意的组合:
采用的N型单晶硅片的电阻率为0.008、.100 Q -cm ；
所述阻挡氧化层是通过ALD、或CVD方法，生长的Al2O3薄膜、或SiO2薄膜、或HfO2薄膜；所述阻挡氧化层的薄膜厚度为2(Tl50nm ；
所述电荷俘获层是通过ALD、或PVD方法制备的Pt纳米晶、或Ru纳米晶，所述电荷俘获层为金属纳米晶颗粒时，密度为5X101(^5X1012 cm_2 ;或者是通过CVD、或ALD、或PVD方法生长的SiNx薄膜、或ZnAlO薄膜、或ZnGaO薄膜；所述电荷俘获层为薄膜时，厚度为10~50nm ；
所述隧穿氧化层是通过ALD、或CVD方法，生长的SiO2薄膜、或Al2O3薄膜；所述隧穿氧化层的厚度为5~20nm ；
用以形成导电沟道的所述IGZO薄膜，是通过ALD、或PVD方法生长的，所述IGZO薄膜的厚度为IOlOOnm ;并且采用光刻和湿法刻蚀工艺定义有源区并形成导电沟道；
用以形成源极和漏极的所述金属薄膜，是通过电子束蒸发方法淀积的Au、或Al薄膜；所述金属薄膜的厚度为5(T250nm。[0009]在优选的实施例中，所述的制备方法，其包含以下步骤:
步骤1:选取电阻率为0.008、.100 Q 的重掺杂的N型单晶硅片作为衬底，并通过标准的RCA清洗工艺对硅片进行清洗，之后用氢氟酸去除硅片表面的氧化层；
步骤2:在清洗好的衬底上，采用ALD方法淀积生长厚度为2(Tl50nm的Al2O3薄膜作为所述阻挡氧化层；淀积过程中，衬底温度控制在10(T300 °C之间；生长Al2O3的反应源为三甲基铝和水蒸气；
步骤3:在所述阻挡氧化层上，采用ALD方法淀积一层Pt纳米晶颗粒作为所述电荷俘获层；淀积Pt纳米晶的反应源为(MeCp) Pt (Me) 3和02，淀积温度为20(T400°C，淀积循环数为 I(TlOO ； 或者，采用ALD方法淀积一层厚度为l(T50nm的ZnAlO薄膜作为所述电荷俘获层；淀积ZnAlO薄膜的反应源为三甲基铝、二乙基锌和水蒸气，淀积温度为10(T30(TC，淀积的每个生长周期中ZnO和Al2O3的反应循环数比为1:100到1:1之间；
步骤4:在所述电荷俘获层上，采用ALD方法淀积生长另一层厚度为5~20nm的Al2O3薄膜作为所述隧穿氧化层；生长Al2O3的反应源为三甲基铝和水蒸汽；淀积过程中衬底温度控制在10(T300°C之间；
步骤5:在所述隧穿氧化层上，采用磁控溅射的方法淀积厚度为5(Tl00nm的IGZO薄膜以形成导电沟道；所述IGZO薄膜的淀积功率为70W，靶材的组分为In:Ga:Zn:0=l:l:l:4 ；步骤6:利用光刻的方法，在所述IGZO薄膜上形成被光刻胶保护的区域，该区域即为器件的有源区；然后，采用浓度为0.01%?的盐酸、硝酸、磷酸或氢氟酸作为刻蚀剂，利用湿法刻蚀的方法对IGZO薄膜进行刻蚀，刻蚀时间为1(T600s ;之后去除光刻胶，形成单个器件的有源区；
步骤7:利用光刻的方法在形成器件的源、漏极开孔区域；之后，通过电子束蒸发的方法淀积一层厚度为5(T250nm的Ti/Au金属薄膜，并采用剥离的方法形成器件的源、漏电极；
步骤8:采用快速热退火的方式对器件进行退火；快速热退火的温度为10(T400°C ;时间为f600s ;所用气体为N2。
[0010]对制成的存储器件进行以下的电学性能测试时，测试存储器件初始状态下的输出特性曲线，以得到初始状态下器件的阈值电压；用正的电压脉冲施加于栅电极上对器件进行编程，并测试不同编程时间后器件的阈值电压；用紫外光照射的方法擦除器件，并测试不同擦除时间后器件的阈值电压。
[0011]综上所述，本发明属于非挥发性半导体存储器领域，提出了一种电编程-紫外光擦除的薄膜晶体管存储器及其制备方法。采用重掺杂的N型单晶硅片为衬底，并作为栅的引出电极；采用致密性较好的氧化物绝缘体作存储器的电荷阻挡层；采用电荷缺陷较多的薄膜材料或纳米晶作为电荷俘获层；采用致密性较好且禁带宽度较大的氧化物绝缘体作存储器的隧穿层；采用IGZO薄膜用作存储器的导电沟道，通过光刻和湿法刻蚀工艺定义有源区并形成导电沟道；通过光刻工艺形成源、漏区域，然后淀积一层金属，并结合lift-off技术，完成源、漏极的加工；测试时，在栅电极上加一个正的电压脉冲以实现对器件的编程操作；用紫外光照射器件，同时不加任何偏压，以实现对器件的擦除操作。
[0012]本发明采用紫外光照射的方法对存储器进行擦除，主要是因为紫外光照在IGZO沟道中产生了大量的电子-空穴对，而使得受激发了的空穴有机会在内建电场的作用下隧穿进入电荷俘获层中，进而使存储器的阈值电压发生明显左移。因此，紫外光照射解决了基于IGZO沟道的TFT存储器擦除不了的问题；提高了器件的擦除效率和工作速度；提高了基于IGZO沟道的TFT存储器在SOP中应用的可能性，并扩大了 SOP的应用空间。
【专利附图】
【附图说明】
[0013]图1是基于纳米晶电荷俘获层的IGZO沟道TFT存储器(简称纳米晶型存储器)结构的剖面图。
[0014]图2是基于陷阱介质电荷俘获层的IGZO沟道TFT存储器(简称陷阱介质型存储器)结构的剖面图。
[0015]图3是纳米晶型存储器在编程情况下，IGZO沟道和栅电极之间的能带结构图。
[0016]图4是纳米晶型存储器在擦除情况下，IGZO沟道和栅电极之间的能带结构图。
[0017]图5是纳米晶型存储器在不同条件下电编程(电压为10V)和UV擦除后的阈值电压变化示意图。
[0018]图6是纳米晶型存储器分别在编程IOV lms、UV擦除5s后的数据保持特性曲线。
[0019]图7是纳米晶型存储器的阈值电压窗口随着电编程和UV擦除次数的变化。
[0020]图8是陷阱介质型存储器在不同条件下进行电编程和UV擦除所对应的的阈值电
压变化。
【具体实施方式】
[0021]下面结合附图和具体实例对本发明进行详尽的说明。
[0022]本发明提出的电编程-紫外光擦除的非挥发性TFT存储器，其主要特点是能够用紫外光照射的方法对器件进行擦除，擦除时器件的电极上不需要任何外加电压。
[0023]如图1或图2所示，本发明所述存储器，包含下列(I)~(6)的结构:
(I)采用重掺杂的N型单晶硅片为衬底，并作为栅电极10的引出电极；例如，N型单晶硅片的电阻率为0.008~0.100 Q ^cm0
[0024](2)在衬底上，生长一层氧化物绝缘材料薄膜，作为存储器的电荷阻挡层(或称阻挡氧化层20);例如，氧化物绝缘材料可以是A1203、SiO2, HfO2等致密性较好的氧化物，薄膜厚度为2(Tl50nm，薄膜的生长方法可以是原子层淀积(ALD)、化学气象淀积(CVD)等。
[0025](3)在电荷阻挡层上，生长电荷缺陷较多的薄膜材料(或称陷阱介质材料)或纳米晶，作为电荷俘获层(分别为32和31);例如，电荷俘获层可以是Pt (钼)纳米晶、Ru (钉)纳米晶等材料(见图1)，或者SiNx薄膜、ZnAlO薄膜、ZnGaO薄膜等具有电荷俘获能力的材料(见图2);电荷俘获层材料的生长方法可以是ALD、物理气象淀积(PVD)等。
[0026](4)在电荷俘获层31或32上，生长一层氧化物绝缘材料薄膜，作为存储器的隧穿层(或称隧穿氧化层40);例如，隧穿层可以是Si02、Al2O3等致密性好且禁带宽度大的氧化物薄膜，薄膜厚度为5~20nm，薄膜的生长方法可以是ALD、CVD等。
[0027](5)在隧穿层上，淀积生长一层IGZO (铟镓锌氧化物)薄膜50，用作存储器的导带沟道，通过光刻和湿法刻蚀工艺定义有源区并形成导电沟道；例如，IGZO薄膜50的厚度控制在IOlOOnm之间，薄膜的生长方法可以是PVD、ALD等。[0028](6)在导电沟道处，通过光刻工艺形成源、漏区域，然后淀积一层金属，并结合lift-off (剥离)技术，形成器件的源极和漏极60 ;其中，例如是通过电子束蒸发的方法淀积一层厚度为5(T250nm的金属薄膜，金属薄膜可以是Au、Al等电阻率低的金属材料。
[0029]对上述结构的存储器进行电学性能的测试时，用电压脉冲对器件进行编程，用紫外光照射对器件进行擦除。即，在栅电极上加一个正的电压脉冲，将源、漏极接地，以实现对器件的编程操作；将器件暴露于紫外光的氛围中，以实现对器件的擦除操作，而存储器的各个电极上不需要施加任何电压。
[0030]下面以两个优选的实施例，来说明本发明所述电编程-紫外光擦除的非挥发性TFT存储器的制备方法。[0031]实施例一
步骤1:选取电阻率为0.008、.100 Q 的重掺杂的N型单晶硅片作为衬底，并通过标准的RCA清洗工艺对硅片进行清洗，之后用氢氟酸去除硅片表面的氧化层。
[0032]步骤2:在清洗好的硅片上，采用ALD的方法淀积生长Al2O3薄膜作为存储器的阻挡氧化层。Al2O3薄膜的厚度为2(Tl50nm ;淀积过程中，衬底温度控制在100~300 °C之间；生长Al2O3的反应源为三甲基铝和水蒸气。
[0033]步骤3:采用ALD的方法在Al2O3薄膜上淀积一层Pt纳米晶作为存储器的电荷俘获层。淀积Pt纳米晶的反应源为(MeCp) Pt (Me) 3和O2，淀积温度为20(T40(TC，淀积循环数为10~100。
[0034]步骤4:采用ALD的方法，在Pt纳米晶上淀积生长一层Al2O3薄膜作为器件的隧穿氧化层。Al2O3的反应源为三甲基铝和水蒸汽，Al2O3薄膜的厚度为5~20nm ;淀积过程中衬底温度控制在10(T300°C之间。
[0035]步骤5:采用磁控溅射的方法，在隧穿氧化层上淀积IGZO薄膜以形成存储器的导电沟道。IGZO薄膜的淀积功率为70W，靶材的组分为In: Ga: Zn: 0= 1: 1: 1:4，厚度为50~lOOnm。
[0036]步骤6:在IGZO薄膜上旋涂一层光刻胶，并利用光刻的方法形成被光刻胶保护的区域，该区域即为器件的有源区。然后，采用浓度为0.01%?的盐酸、硝酸、磷酸或氢氟酸作为刻蚀剂，利用湿法刻蚀的方法对IGZO薄膜进行刻蚀，刻蚀时间为1(T600s。之后去除光刻胶，形成单个器件的有源区。
[0037]步骤7:再旋涂一层光刻胶，利用光刻的方法在光刻胶上形成器件的源、漏极开孔区域。之后，通过电子束蒸发的方法淀积一层厚度为5(T250nm的Ti/Au金属薄膜，并采用lift-off的方法形成器件的源、漏电极。
[0038]步骤8:采用快速热退火(RTP)的方式对器件进行退火。RTP的温度为10(T400°C;时间为f600s ;所用气体为N2。最终器件结构剖面图如图1所示。
[0039]步骤9:对做好的器件进行电学性能的测试。编程时，在器件的栅电极上加一个IOV Ims的电压脉冲，并将器件的源/漏(S/D)端接地，以使沟道IGZO中的电子通过Fowler-Nordheim隧穿的方式隧穿到Pt纳米晶中，此时IGZO沟道与栅电极之间的能带结构图如图3所示。擦除时，用强度为lOOmW/cm2，波长范围为32(T390nm的紫外光照射器件，照射时间为Is。通过紫外光的照射，IGZO沟道中会产生大量的电子-空穴对，空穴在内建电场的作用下隧穿到Pt纳米晶中，此时IGZO沟道与栅电极之间的能带结构图如图4所示。擦除过程中，存储器的栅电极和S/D均不加任何电压。
[0040]步骤10:改变电编程过程中的电压和UV擦除所用的时间，并测量相应的转移特性曲线，以得到阈值电压的变化。基于IGZO沟道的TFT存储器在初始状态，编程IOV 0.1ms、lms、10ms、IOOms后，UV擦除ls、5s、10s、15s后的阈值电压如图5所示。
[0041]步骤11:测试器件的数据保持特性。将器件在10V，Ims的条件下进行编程，之后每隔一定的时间间隔测一次器件的转移特性，以得到器件的阈值电压值，一直测得2X105s后器件的阈值电压；将器件在UV，5s的条件下进行擦除，之后每隔一定的时间间隔测一次器件的转移特性，以得到器件的阈值电压值，一直测得2X IO5s后器件的阈值电压。图6为器件的保持特性曲线，图中外推十年后器件的电压窗口为2.56V。
[0042]步骤12:测试期间的电压应力特性。对器件进行反复的编程和擦写，并测试输出特性，以确认器件的阈值电压窗口是否稳定。图7为反复编程和擦除100次内存储器阈值电压随编程/擦除次数的变化情况。
[0043]实施例二
步骤1:选取电阻率为0.008、.100 Q 的重掺杂的N型单晶硅片作为衬底，并通过标准的RCA清洗工艺对硅片进行清洗，之后用氢氟酸去除硅片表面的氧化层。
[0044]步骤2:在清洗好的硅片上，采用ALD的方法淀积生长Al2O3薄膜作为存储器的阻挡氧化层。Al2O3薄膜的厚度为2(Tl50nm ;淀积过程中，衬底温度控制在10(T30(TC之间；生长Al2O3的反应源为三甲基铝和水蒸气。
[0045]步骤3:采用ALD的方`法在Al2O3薄膜上淀积一层厚度为l(T50nm的ZnAlO薄膜作为存储器的电荷俘获层。淀积ZnAlO薄膜的反应源为三甲基铝、二乙基锌和水蒸气，淀积温度为10(T300°C，淀积的每个生长周期中ZnO和Al2O3的反应循环数比为1:100到1:1之间。
[0046]步骤4:采用ALD的方法，在ZnAlO薄膜上淀积生长一层Al2O3薄膜作为器件的隧穿氧化层。Al2O3的反应源为三甲基铝和水蒸汽，Al2O3薄膜的厚度为5~20nm ;淀积过程中衬底温度控制在10(T300°C之间。
[0047]步骤5:采用磁控溅射的方法，在隧穿氧化层上淀积IGZO薄膜以形成存储器的导电沟道。IGZO薄膜的淀积功率为70W，靶材的组分为In: Ga: Zn: 0= 1: 1: 1:4，厚度为50~lOOnm。
[0048]步骤6:在IGZO薄膜上旋涂一层光刻胶，并利用光刻的方法形成被光刻胶保护的区域，该区域即为器件的有源区。然后，采用浓度为0.01%?的盐酸、硝酸、磷酸或氢氟酸作为刻蚀剂，利用湿法刻蚀的方法对IGZO薄膜进行刻蚀，刻蚀时间为1(T600s。之后去除光刻胶，形成单个器件的有源区。
[0049]步骤7:再旋涂一层光刻胶，利用光刻的方法在光刻胶上形成器件的源、漏极开孔区域。之后，通过电子束蒸发的方法淀积一层厚度为5(T250nm的Ti/Au金属薄膜，并采用剥离的方法形成器件的源、漏电极。
[0050]步骤8:采用快速热退火(RTP)的方式对器件进行退火。RTP的温度为10(T400°C;时间为f600s ;所用气体为N2。最终器件结构剖面图如图2所示。
[0051]步骤9:对做好的器件进行电学性能的测试。首先测试器件初始状态下的输出特性曲线，以得到初始状态下器件的阈值电压。用正的电压脉冲施加于栅电压上对器件进行编程，并测试不同编程时间后器件的阈值电压；用紫外光照射的方法擦除器件，并测试不同擦除时间后器件的阈值电压。图8为不同编程和擦除过程后器件的阈值电压示意图。
[0052]尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。
【权利要求】
1.一种电编程-紫外光擦除的存储器件结构，其特征在于，包含: 采用重掺杂的N型单晶硅片为衬底，并作为栅电极的引出电极； 在所述衬底上，形成具有良好致密性的氧化物绝缘体薄膜，作为阻挡氧化层； 在所述阻挡氧化层上，形成纳米晶，或者是形成的由具有电荷俘获能力材料制成的薄膜，作为电荷俘获层； 在所述电荷俘获层上，形成具有良好致密性且禁带宽度大的氧化物绝缘体薄膜，作为隧穿氧化层； 在所述隧穿氧化层上，形成IGZO薄膜，基于所述IGZO薄膜来定义有源区并形成导电沟道； 在所述导电沟道上，形成源、漏区域并淀积一层金属薄膜，以形成源极和漏极； 所述的存储器件，能够在源极、漏极接地时，通过在栅电极上施加一个正的电压脉冲来进行编程操作；并且，能够在紫外光照射下进行擦除操作，而不需要在各电极上施加任何电压。
2.如权利要求1所述的存储器件结构，其特征在于， 所述存储器件中具有下列的任意一项或其任意的组合: 所述N型单晶硅片的电阻率为0.008、.100 Q *cm ； 所述阻挡氧化层是Al2O3薄膜、或SiO2薄膜、或HfO2薄膜； 所述电荷俘获层是Pt纳米晶、或Ru纳米晶，或者是SiNx薄膜、或ZnAlO、或ZnGaO薄膜； 所述隧穿氧化层是SiO2薄膜、或Al2O3薄膜； 用以形成源极和漏极的是Au、或Al的金属薄膜。
3.如权利要求1或2所述的存储器件结构，其特征在于， 所述阻挡氧化层的薄膜厚度为2(Tl50nm ； 所述电荷俘获层是由具有电荷俘获能力材料制成的薄膜时，厚度为l(T50nm;或所述电荷俘获层为金属纳米晶颗粒时，密度为5 X IOltl飞X IO12 cnT2 ； 所述隧穿氧化层的厚度为5~20nm ； 所述IGZO薄膜的厚度为IOlOOnm ； 所述金属薄膜的厚度为5(T250nm。
4.一种电编程-紫外光擦除的存储器件结构的制备方法，其特征在于，包含: 对作为衬底的重掺杂的N型单晶硅片进行表面清洗，该N型单晶硅片还被作为栅电极的引出电极； 在所述衬底上，生长具有良好致密性的氧化物绝缘体薄膜，作为阻挡氧化层； 在所述阻挡氧化层上，生长纳米晶，或者生长由具有电荷俘获能力材料制成的薄膜，作为电荷俘获层； 在所述电荷俘获层上，生长具有良好致密性且禁带宽度大的氧化物绝缘体薄膜，作为隧穿氧化层； 在所述隧穿氧化层上，生长IGZO薄膜，基于所述IGZO薄膜来定义有源区并形成导电沟道； 在所述导电沟道上，形成源、漏区域并淀积一层金属薄膜，以形成源极和漏极；以及，对制成的存储器件进行电学性能的测试，将源极、漏极接地，通过在栅电极上施加一个正的电压脉冲来进行编程操作；并且，在紫外光照射下进行擦除操作，而不需要在各电极上施加任何电压。
5.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于， 制备所述存储器件时，基于下列的任意一项或其任意的组合: 采用的N型单晶硅片的电阻率为0.008、.100 Q-cm； 所述阻挡氧化层是通过ALD、或CVD方法，生长的Al2O3薄膜、或SiO2薄膜、或HfO2薄膜；所述电荷俘获层是Pt纳米晶、或Ru纳米晶，或者是通过ALD、或PVD方法，生长的SiNx薄膜、或ZnAlO薄膜、或ZnGaO薄膜； 所述隧穿氧化层是通过ALD、或CVD方法，生长SiO2薄膜、或Al2O3薄膜； 用以形成导电沟道的所述IGZO薄膜，是通过ALD、或PVD方法生长的；并且采用光刻和湿法刻蚀工艺定义有源区并形成导电沟道； 用以形成源极和漏极的所述金属薄膜，是通过电子束蒸发方法淀积的Au、或Al薄膜。
6.如权利要求4或5所述的制备方法，其特征在于， 所述阻挡氧化层的薄膜厚度为2(Tl50nm ； 所述电荷俘获层是由具有电荷俘获能力材料制成的薄膜时，厚度为l(T50nm;或所述电荷俘获层为金属纳米 晶颗粒时，密度为5 X IOltl飞X IO12 cnT2 ； 所述隧穿氧化层的厚度为5~20nm ； 所述IGZO薄膜的厚度为IOlOOnm ； 所述金属薄膜的厚度为5(T250nm。
7.如权利要求4所述的制备方法，其特征在于，包含以下步骤: 步骤1:选取电阻率为0.008、.100 Q 的重掺杂的N型单晶硅片作为衬底，并通过标准的RCA清洗工艺对硅片进行清洗，之后用氢氟酸去除硅片表面的氧化层； 步骤2:在清洗好的衬底上，采用ALD方法淀积生长厚度为2(Tl50nm的Al2O3薄膜作为所述阻挡氧化层；淀积过程中，衬底温度控制在10(T300 °C之间；生长Al2O3的反应源为三甲基铝和水蒸气； 步骤3:在所述阻挡氧化层上，采用ALD方法淀积一层Pt纳米晶作为所述电荷俘获层；淀积Pt纳米晶的反应源为(MeCp) Pt (Me) 3和02，淀积温度为20(T400°C，淀积循环数为10~100 ； 或者，采用ALD方法淀积一层厚度为l(T50nm的ZnAlO薄膜作为所述电荷俘获层；淀积ZnAlO薄膜的反应源为三甲基铝、二乙基锌和水蒸气，淀积温度为10(T30(TC，淀积的每个生长周期中ZnO和Al2O3的反应循环数比为1:100到1:1之间； 步骤4:在所述电荷俘获层上，采用ALD方法淀积生长另一层厚度为5~20nm的Al2O3薄膜作为所述隧穿氧化层；生长Al2O3的反应源为三甲基铝和水蒸汽；淀积过程中衬底温度控制在10(T300°C之间；步骤5:在所述隧穿氧化层上，采用磁控溅射的方法淀积厚度为IOlOOnm的IGZO薄膜以形成导电沟道；所述IGZO薄膜的淀积功率为70W，靶材的组分为In:Ga:Zn:0=l:l:l:4 ；步骤6:利用光刻的方法，在所述IGZO薄膜上形成被光刻胶保护的区域，该区域即为器件的有源区；然后，采用浓度为0.01%?的盐酸、硝酸、磷酸或氢氟酸作为刻蚀剂，利用湿法刻蚀的方法对IGZO薄膜进行刻蚀，刻蚀时间为1(T600s ;之后去除光刻胶，形成单个器件的有源区； 步骤7:利用光刻的方法形成器件的源、漏极开孔区域；之后，通过电子束蒸发的方法淀积一层厚度为50~250nm的Ti/Au双层金属薄膜，并采用剥离的方法形成器件的源、漏电极； 步骤8:采用快速热退火的方式对器件进行退火；快速热退火的温度为100~400°C ;时间为1~600s ;所用气体为N2。
8.如权利要求4或7所述的制备方法，其特征在于， 对制成的存储器件进行以下的电学性能测试时，测试存储器件初始状态下的输出特性曲线，以得到初始状态下器件的阈值电压；用正的电压脉冲施加于栅电极上对器件进行编程，并测试不同编程时间后器件的阈值电压；用紫外光照射的方法擦除器件，并测试不同擦除时间后器件的阈值电压。
【文档编号】H01L21/336GK103606564SQ201310318168
【公开日】2014年2月26日 申请日期:2013年7月24日 优先权日:2013年7月24日
【发明者】丁士进, 崔兴美, 陈笋 申请人:复旦大学