一种无电容动态随机存储器及其制备方法

本发明属于半导体，更具体地，涉及一种无电容动态随机存储器及其制备方法。

背景技术：

1、从二十世纪七十年代英特尔公司发明动态随机存取存储器(dynamicrandomaccess memory,dram)以来，dram被广泛应用于各类计算或控制电子电路系统中。随着半导体制造工艺的发展，dram的制造从使用逻辑工艺逐渐演变为使用专用dram制造工艺，这使得dram脱离逻辑芯片，成为片外存储器。

2、dram包括多种存储单元，现有的存储单元中较为常用的结构之一是无电容双晶体管结构。为了克服无电容双晶体管dram持续微缩的难题，克服短沟道效应，有学者提出使用二维层状半导体材料作为沟道，以实现dram的持续微缩。但是，若直接使用二维层状材料作为沟道，会由于二维层状半导体材料被氧化而导致晶体管性能退化，关态泄漏电流急剧增大，导致dram单元数据保持时间大幅缩短，高温稳定性较低，不利于数据的保存。

技术实现思路

1、针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种无电容动态随机存储器及其制备方法，其目的在于，在保证存储性能的条件下，提高存储器的高温稳定性。

2、为了实现上述目的，第一方面，本发明提供了一种无电容动态随机存储器，包括：

3、从下至上依次设置的衬底、第一绝缘层、第一封装层和第一沟道层；

4、设置在第一沟道层之上、且互不相连的第一源极层和第一漏极层；第一源极层和第一漏极层之间的第一沟道层区域作为第一沟道区域；

5、覆盖第一源极层、第一沟道层和第一漏极层上表面的第二封装层；第二封装层设置有使第一漏极层上表面部分或全部裸露的第一通孔；

6、覆盖第二封装层上表面的第二绝缘层；第二绝缘层设置有与第一通孔贯通的第二通孔；

7、设置在第二绝缘层之上、且至少部分区域位于第一沟道区域正上方的第一栅极层；

8、覆盖第二绝缘层和第一栅极层上表面的第三绝缘层；第三绝缘层设置有使第一栅极层上表面部分或全部裸露的第三通孔、和与第二通孔贯通的第四通孔；

9、覆盖第三绝缘层上表面的第三封装层；第三封装层设置有与第三通孔贯通的第五通孔、和与第四通孔贯通的第六通孔；

10、第二源极层和第二漏极层，至少部分第二源极层填充在第三通孔和第五通孔中，至少部分第二漏极层填充在第一通孔、第二通孔、第四通孔和第六通孔中；

11、覆盖第三封装层、第二源极层和第二漏极层上表面的第二沟道层；第二源极层和第二漏极层之间的第二沟道层区域作为第二沟道区域；

12、依次设置在第二沟道层之上的第四封装层和第四绝缘层；

13、设置在第四绝缘层之上、且至少部分区域位于第二沟道区域正上方的第二栅极层；

14、其中，第一沟道层和第二沟道层的材料为二维半导体材料；第一封装层、第二封装层、第三封装层和第四封装层的材料为二维绝缘材料。

15、进一步优选地，第一封装层、第二封装层、第三封装层和第四封装层的材料为六方氮化硼。

16、进一步优选地，第二绝缘层和第四绝缘层的材料为相对介电常数高于20的绝缘材料。

17、进一步优选地，第二绝缘层和第四绝缘层的材料包括：氧化铪、氧化锆、氧化钛或钛酸锶。

18、第二方面，本发明提供了一种无电容动态随机存储器的制备方法，包括：

19、在衬底上从下至上依次制备第一绝缘层、第一封装层和第一沟道层；

20、在第一沟道层之上制备互不相连的第一源极层和第一漏极层；其中，第一源极层和第一漏极层之间的第一沟道层区域作为第一沟道区域；

21、制备第二封装层，使其覆盖第一源极层、第一沟道层和第一漏极层的上表面；

22、制备第二绝缘层，使其覆盖第二封装层的上表面；

23、在第二绝缘层的之上制备第一栅极层，并使第一栅极层的至少部分区域位于第一沟道区域的正上方；

24、制备第三绝缘层，使其覆盖第二绝缘层和第一栅极层的上表面；

25、制备第三封装层，使其覆盖第三绝缘层的上表面；

26、在第二封装层、第二绝缘层、第三绝缘层和第三封装层上形成使第一栅极层和第一漏极层上表面裸露的通孔；

27、制备第二源极层和第二漏极层，使得至少部分第二源极层填充在使第一栅极层上表面裸露的通孔中，至少部分第二漏极层填充在使第一漏极层上表面裸露的通孔中；

28、制备第二沟道层，使其覆盖第三封装层、第二源极层和第二漏极层的上表面；其中，第二源极层和第二漏极层之间的第二沟道层区域作为第二沟道区域；

29、在第二沟道层之上依次制备第四封装层和第四绝缘层；

30、在第四绝缘层之上制备第二栅极层，并使第二栅极层的至少部分区域位于第二沟道区域的正上方；

31、其中，第一沟道层和第二沟道层的材料为二维半导体材料；第一封装层、第二封装层、第三封装层和第四封装层的材料为二维绝缘材料。

32、进一步优选地，第一封装层、第二封装层、第三封装层和第四封装层的材料为六方氮化硼。

33、进一步优选地，第二绝缘层和第四绝缘层的材料为相对介电常数高于20的绝缘材料。

34、进一步优选地，第二绝缘层和第四绝缘层的材料包括：氧化铪、氧化锆、氧化钛或钛酸锶。

35、进一步优选地，第一封装层、第二封装层、第三封装层、第四封装层、第一沟道层和第二沟道层均采用干法或湿法制备得到。

36、总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案，能够取得以下有益效果：

37、1、本发明提供了一种无电容动态随机存储器，包括垂直堆叠的写入晶体管和读取晶体管，其中一个晶体管包括第一源极层、第一漏极层和第一栅极层，另外一个晶体管包括第二源极层、第二漏极层和第二栅极层；两个晶体管均使用二维绝缘材料作为封装层来保护二维半导体材料的沟道层，提高了沟道层在高温下的稳定性，减小高温下晶体管的关态泄漏电流，从而延长动态随机存储器的数据保存时间，实现了耐高温的无电容动态随机存储器；在此基础上通过引入第二绝缘层和第四绝缘层，来规避采用二维绝缘材料作为封装层所带来的栅极与沟道之间的栅极电容太小，影响数据存储时间的问题，进而在保证存储性能的条件下，提高了存储器的高温稳定性。

38、2、本发明所提供的无电容动态随机存储器，采用双晶体管垂直堆叠技术与位线分时复用方法相结合，不仅缩小了动态随机存储器的单元面积，简化了动态随机存储器的电路结构，而且使其有利于三维集成，极大提高了动态随机存储器的集成度。

39、3、本发明所提供的无电容动态随机存储器，晶体管沟道均采用二维半导体材料，使晶体管在持续尺寸微缩过程中避免短沟道效应的影响，从而使本发明在持续尺寸微缩时仍然具有优异的读写性能。

40、4、进一步地，本发明所提供的无电容动态随机存储器，第二绝缘层和第四绝缘层的材料为相对介电常数高于20的绝缘材料，进一步提高了晶体管栅极电容，从而进一步提高了无电容动态随机存储器的数据保存时间和读写速度。