CN103489870A

CN103489870A - 一种基于氧化石墨烯的柔性电荷陷阱存储器

Info

Publication number: CN103489870A
Application number: CN201310449103.1A
Authority: CN
Inventors: 孙清清; 王鲁浩; 王鹏飞; 张卫; 周鹏
Original assignee: Fudan University
Current assignee: Fudan University
Priority date: 2013-09-28
Filing date: 2013-09-28
Publication date: 2014-01-01

Abstract

本发明属于半导体器件技术领域，具体为一种基于氧化石墨烯的柔性电荷陷阱存储器及其制备方法。本发明依托于原有的电荷陷阱存储器三层结构，即隧穿层/电荷陷阱层/控制栅介质层结构，利用柔性衬底作为基底，采用氧化石墨烯取代了传统的电荷陷阱层。具体制备步骤为：使用低温原子层淀积方法，先在柔性衬底上淀积介质隧穿层，再在室温条件下旋涂氧化石墨烯，然后同样采用低温原子层淀积技术生长控制栅介质。本发明的优点是使用低温原子层淀积技术和室温旋涂氧化石墨烯的工艺，利用氧化石墨烯的特性，在保证擦写窗口的同时，大大降低了工艺热预算，为未来柔性电子器件提供了一种切实可靠的方案。

Description

一种基于氧化石墨烯的柔性电荷陷阱存储器

技术领域

本发明属于半导体器件技术领域，具体涉及一种柔性电荷陷阱存储器。

背景技术

随着集成电路的发展，人们对于半导体器件的需求不仅仅局限于性能的增加，而是扩展到更多的方面。比如柔性器件，可以折叠卷曲。这种特性使得复杂环境下的应用变得可能。

目前柔性电子器件发展遇到的难题之一就是柔性有机衬底不能耐受高温，所以器件制造过程中所必须的热预算必须降低。所以隧穿层，电荷陷阱层，阻止层必须采用合适的较低温度生长。虽然全部采用有机材料可以解决部分问题，但是有机材料性能不稳定，容易受到环境的影响。这样器件的性能必然受到严重影响。

发明内容

本发明的目的在于提供一种性能优良、工艺简单的柔性电荷陷阱存储器及其制备方法。

本发明提的柔性电荷陷阱存储器，采用氧化石墨烯作为电荷陷阱层，采用低温原子层淀积技术在柔性衬底上制备获得。具体结构包括：

由柔性材料组成的衬底;

位于上述衬底之上的隧穿层；

位于隧穿层之上的氧化石墨烯电荷陷阱层；

位于氧化石墨烯电荷陷阱层之上的控制栅介质阻止层。

本发明还提供上述基于氧化石墨烯的柔性电荷陷阱存储器的制备方法，具体步骤为：

（1）在柔性衬底上生长一层沟道层；

（2）定义有源区，形成源漏；

（3）采用低温原子层淀积方法，生长介质薄膜作为电荷隧穿层；

（4）在上述步骤形成的结构上，室温下旋涂氧化石墨烯作为电荷陷阱层；

（5）在上述步骤形成的结构上，低温原子层淀积方法，生长控制栅介质阻止层；

（6）最后形成栅电极。

本发明中，所述的柔性衬底的材料为聚乙烯对苯二酸脂（PET）、聚酰亚胺、硅橡胶、聚对苯二甲酸乙二醇脂、硅树脂等有机聚合物材料或者金属陶瓷材料。

本发明中，步骤（3），步骤（5）所述介质层的生长采用低温原子层淀积技术，其具体步骤包括多个循环生长周期，对于每个生长周期，交替脉冲式地通入金属有机源和另一种气体或者液体源，并进行两次吹洗以保证自限制生长，通过控制生长不同的循环周期数，可以最终获得所需厚度薄膜。

所述的栅电极材料为Pt，Al，Au或者Pd等金属。

所述的电荷隧穿层和阻止层，其材料可为Al₂O₃、HfO₂、ZrO₂或TiO₂等。

本发明中，相对而言，通常电荷隧穿层较薄些，而阻止层较厚些。

本发明所提出的基于氧化石墨烯电荷陷阱层，低温原子层淀积技术在柔性衬底上制备存储器的技术优点为：

1、由于氧化石墨烯的化学结构，氧官能团和缺陷能够充当电荷陷阱，这有利于形成比较大的存储窗口。

2、采用低温原子层淀积工艺生长的薄膜作为隧穿层、控制栅介质阻止层。原子层淀积技术具有薄膜均匀性好，针孔少等优点，能降低热预算的同时，保证了器件性能，使得存储在电荷陷阱层的电荷信息不会严重泄漏。

3、采用室温下旋涂氧化石墨烯工艺，作为电荷陷阱层。氧化石墨烯作为石墨烯的衍生物，近年来被广泛研究。氧化石墨烯薄膜捕获电荷的能力在很多报道中得到证实。采用室温旋涂氧化石墨烯的方法，可以保证擦写窗口的同时，大大降低热预算。

附图说明

图1 为一种基于氧化石墨烯电荷陷阱层，低温原子层淀积技术在柔性衬底上制备的存储器单元实例的剖面图。

图2～图5是基于图1的存储器的制备工艺流程示意图。

图中标号：101为柔性衬底，102为沟道层，103为源漏接触，104为隧穿层，105为氧化石墨烯电荷陷阱层，106为控制栅介质阻止层，107为栅电极。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的一个示例性实施方式作详细说明。在图中，为了方便说明，放大或缩小了层与区域的厚度，所示大小并不代表实际尺寸。参考图中的表示是示意性的，但这不应该被认为是限制了本发明的范围。同时在下面的描述中，所使用的术语衬底可以理解为包括正在加工中的衬底，可能包括在其上所制备的其他薄膜层。

图1为本发明所提供的一个基于氧化石墨烯柔性电荷陷阱存储器实例的剖面图。如图2所示，低温原子层淀积形成的隧穿层104、栅电极介质阻止层106，氧化石墨烯电荷陷阱层105，位于柔性衬底101、沟道层102之上。衬底101优选为聚乙烯对苯二酸脂（PET）。隧穿层104、阻止层106选择Al₂O₃。

本发明所公开的基于氧化石墨烯的电荷陷阱存储器可以通过很多方法制造。以下所叙述的是本发明公开的图1所示的一个实施例。

尽管这些图并不能完全准确的反映出器件的实际尺寸，但是它们还是完整的反映了区域和组成之间的相互位置，特别是组成结构之间的上下和相邻关系。

首先，采用低温原子层淀积（LT-ALD）生长的氧化铝层所需金属源为三甲基铝（TMA），气液源包括CH₃COOH、H₂O或者H₂O₂，TMA的LT-ALD脉冲时间为10-15 s，吹洗时间为2-10 s；气液体源脉冲时间为10-15 s，吹洗时间为0.5-5.0 s，载气流量300-400 sccm，反应腔体的温度为100~150 ^oC, 反应腔体的工作压强为1~4 Torr。204隧穿层Al₂O₃约为7 nm，206阻止层的Al₂O₃约为22 nm。

在生长204隧穿层Al₂O₃之后，在室温下旋涂10-20 nm的氧化石墨烯205。

最后，采用物理气相沉积方法淀积金属Al作为栅电极207。

以上结合附图对本发明的具体实施方式作了说明，但是这些说明不能被理解为限制了本发明的范围，本发明的保护范围由随附的权利要求书限定，任何在本发明权利要求基础上的改动都是本发明的保护范围。

Claims

1. 一种基于氧化石墨烯的柔性电荷陷阱存储器，其特征在于具体结构包括：

由柔性材料组成的衬底；

位于上述衬底之上的电荷隧穿层；

位于电荷隧穿层之上的氧化石墨烯电荷陷阱层；

位于氧化石墨烯电荷陷阱层之上的控制栅介质阻止层。

2. 一种如权利要求1所述的基于氧化石墨烯的柔性电荷陷阱存储器的制备方法，其特征在于具体步骤为：

（1）在柔性衬底上生长一层沟道层；

（2）定义有源区，形成源漏；

（5）在上述步骤形成的结构上，采用低温原子层淀积方法，生长控制栅介质阻止层；

（6）最后形成栅电极。

3. 根据权利要求2所述的基于氧化石墨烯的柔性电荷陷阱存储器的制备方法，其特征在于所述的柔性衬底材料为聚乙烯对苯二酸脂、聚酰亚胺、硅橡胶、聚对苯二甲酸乙二醇脂、硅树脂有机聚合物材料，或者金属陶瓷材料。

4. 根据权利要求2所述的基于氧化石墨烯的柔性电荷陷阱存储器的制备方法，其特征在于所述的栅电极材料为Pt，Al，Au或者Pd。

5. 根据权利要求2所述的基于氧化石墨烯的柔性电荷陷阱存储器的制备方法，其特征在于所述的电荷隧穿层和阻止层，其材料为Al₂O₃、HfO₂、ZrO₂或TiO₂。