[发明专利]一种背栅薄膜晶体管存储器的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于半导体集成电路技术领域，具体涉及一种背栅薄膜晶体管存储器的制备方法。 

背景技术

随着薄膜晶体管（TFT）工艺技术的成熟与发展，非挥发性TFT存储器正成为国内外科研人员的研究热点。目前，TFT存储器大多采用多晶硅做导电沟道。但是，由于多晶硅沟道中存在大量的晶界，而位于晶界处的陷阱会因俘获部分被诱导出的反型电荷，而导致存储器的开启电压发生偏移。此外，基于多晶硅沟道的TFT存储器在受到漏极和栅极的偏压应力后，会表现出较严重的阈值电压波动，从而影响器件的可靠性[1]。由此可见，对TFT存储器而言，多晶硅不是一种理想的沟道材料。2004年日本学者在《自然》期刊上首次报道了基于非晶铟镓锌氧化物（a-IGZO）沟道的TFT，从而从实验上证实了该非晶氧化物半导体的实用价值。2008年韩国三星先进技术研究所首次公开报道了面向先进系统面板（SOP）应用的a-IGZO沟道TFT存储器的电学特性。从此，基于a-IGZO沟道的TFT存储器逐渐步入人们的视野。与其它多晶态的氧化物半导体（如ZnO薄膜）不同，IGZO薄膜在制作工艺温度范围内能保持着非晶态，并且具有低温淀积、较高的电子迁移率（≥10cm²/V·s）和较大的禁带电压（＞3.0eV）等优良性能[2]。因此，IGZO作为非晶态的沟道层，不仅能够提供更加均匀的器件性能，还省略了传统的多晶硅沟道所必需的冗长的晶化工艺。然而，目前有关TFT存储器的a-IGZO沟道层的制备工艺都是基于传统的物理气相淀积（PVD），如射频磁控溅射和脉冲激光沉积等，采用这些方法所沉积的薄膜在致密性和大面积组份的均匀性上都存在着不足。基于以上问题，本发明提出采用原子层淀积（ALD）的方法生长a-IGZO导电沟道，同时采用ALD生长的叠层结构做电荷隧穿层等工艺，从而可以改善TFT存储器的性能。

参考文献

[1] S.-C. Chen, T.-C. Chang, P.-Tsun Liu, Y.-C. Wu, P.-S. Lin. Characteristics of poly-Si TFT combined with nonvolatile SONOS memory and nanowire channels structure. Surface & Coatings Technology , 202, pp.1287-1291(2007).

[2] Y. S. Jung, K. H. Lee, W.-J. Kim, W.-J. Lee, H.-W. Choi, K. H. Kim. Properties of In-Ga-Zn-O thin films for thin film transistor channel layer prepared by facing targets sputtering method. Ceramics International, 38S, S601-S604, (2012)。

发明内容

基于上述背景技术，本发明提出了一种背栅薄膜晶体管存储器的制备方法，其目的是提高存储器电学性能的均匀性和可靠性，同时获得低操作电压，快速编程和擦除等优良性能。

本发明所提出的背栅薄膜晶体管存储器的制备方法，是采用ALD生长的IGZO（铟镓锌氧化物）薄膜做导电沟道；采用ALD组装的的SiO₂/HfO₂/Al₂O₃叠层结构做隧穿层；采用ALD生长的金属纳米晶做电荷俘获层；采用ALD生长的Al₂O₃薄膜做电荷阻挡层。具体步骤如下：

（1）采用电阻率为0.008-0.100 Ω·cm的重掺杂的P型单晶硅片作为衬底，用RCA清洗工艺对硅片进行清洗，然后用氢氟酸去除硅片表面的氧化层；

（2）在清洗好的P型单晶硅片上，采用ALD 的方法淀积生长Al₂O₃薄膜，作为存储器的电荷阻挡层，Al₂O₃薄膜的厚度为15-200nm；淀积过程中，衬底温度控制在100-300 ^oC之间；生长Al₂O₃的反应源为三甲基铝和水蒸气；