一種基于氧化石墨烯的柔性電荷陷阱存儲器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于半導(dǎo)體器件【技術(shù)領(lǐng)域】，具體為一種基于氧化石墨烯的柔性電荷陷阱存儲器及其制備方法。本發(fā)明依托于原有的電荷陷阱存儲器三層結(jié)構(gòu)，即隧穿層/電荷陷阱層/控制柵介質(zhì)層結(jié)構(gòu)，利用柔性襯底作為基底，采用氧化石墨烯取代了傳統(tǒng)的電荷陷阱層。具體制備步驟為：使用低溫原子層淀積方法，先在柔性襯底上淀積介質(zhì)隧穿層，再在室溫條件下旋涂氧化石墨烯，然后同樣采用低溫原子層淀積技術(shù)生長控制柵介質(zhì)。本發(fā)明的優(yōu)點是使用低溫原子層淀積技術(shù)和室溫旋涂氧化石墨烯的工藝，利用氧化石墨烯的特性，在保證擦寫窗口的同時，大大降低了工藝熱預(yù)算，為未來柔性電子器件提供了一種切實可靠的方案。
【專利說明】—種基于氧化石墨烯的柔性電荷陷阱存儲器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于半導(dǎo)體器件【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種柔性電荷陷阱存儲器。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著集成電路的發(fā)展，人們對于半導(dǎo)體器件的需求不僅僅局限于性能的增加，而是擴展到更多的方面。比如柔性器件，可以折疊卷曲。這種特性使得復(fù)雜環(huán)境下的應(yīng)用變得可能。
[0003]目前柔性電子器件發(fā)展遇到的難題之一就是柔性有機襯底不能耐受高溫，所以器件制造過程中所必須的熱預(yù)算必須降低。所以隧穿層，電荷陷阱層，阻止層必須采用合適的較低溫度生長。雖然全部采用有機材料可以解決部分問題，但是有機材料性能不穩(wěn)定，容易受到環(huán)境的影響。這樣器件的性能必然受到嚴(yán)重影響。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種性能優(yōu)良、工藝簡單的柔性電荷陷阱存儲器及其制備方法。
[0005]本發(fā)明提的柔性電荷陷阱存儲器，采用氧化石墨烯作為電荷陷阱層，采用低溫原子層淀積技術(shù)在柔性襯底上制備獲得。具體結(jié)構(gòu)包括:
由柔性材料組成的襯底；
位于上述襯底之上的隧穿層；
位于隧穿層之上的氧化石墨烯電荷陷阱層；
位于氧化石墨烯電荷陷阱層之上的控制柵介質(zhì)阻止層。
[0006]本發(fā)明還提供上述基于氧化石墨烯的柔性電荷陷阱存儲器的制備方法，具體步驟為:
(1)在柔性襯底上生長一層溝道層；
(2)定義有源區(qū)，形成源漏；
(3)采用低溫原子層淀積方法，生長介質(zhì)薄膜作為電荷隧穿層；
(4)在上述步驟形成的結(jié)構(gòu)上，室溫下旋涂氧化石墨烯作為電荷陷阱層；
(5)在上述步驟形成的結(jié)構(gòu)上，低溫原子層淀積方法，生長控制柵介質(zhì)阻止層；
(6)最后形成柵電極。
[0007]本發(fā)明中，所述的柔性襯底的材料為聚乙烯對苯二酸脂(PET)、聚酰亞胺、硅橡膠、聚對苯二甲酸乙二醇脂、硅樹脂等有機聚合物材料或者金屬陶瓷材料。
[0008]本發(fā)明中，步驟(3)，步驟(5)所述介質(zhì)層的生長采用低溫原子層淀積技術(shù)，其具體步驟包括多個循環(huán)生長周期，對于每個生長周期，交替脈沖式地通入金屬有機源和另一種氣體或者液體源，并進行兩次吹洗以保證自限制生長，通過控制生長不同的循環(huán)周期數(shù)，可以最終獲得所需厚度薄膜。
[0009]所述的柵電極材料為Pt，Al，Au或者Pd等金屬。[0010]所述的電荷隧穿層和阻止層，其材料可為Al203、Hf02、ZrO2或TiO2等。
[0011 ] 本發(fā)明中，相對而言，通常電荷隧穿層較薄些，而阻止層較厚些。
[0012]本發(fā)明所提出的基于氧化石墨烯電荷陷阱層，低溫原子層淀積技術(shù)在柔性襯底上制備存儲器的技術(shù)優(yōu)點為:
1、由于氧化石墨烯的化學(xué)結(jié)構(gòu)，氧官能團和缺陷能夠充當(dāng)電荷陷阱，這有利于形成比較大的存儲窗口。
[0013]2、采用低溫原子層淀積工藝生長的薄膜作為隧穿層、控制柵介質(zhì)阻止層。原子層淀積技術(shù)具有薄膜均勻性好，針孔少等優(yōu)點，能降低熱預(yù)算的同時，保證了器件性能，使得存儲在電荷陷阱層的電荷信息不會嚴(yán)重泄漏。
[0014]3、采用室溫下旋涂氧化石墨烯工藝，作為電荷陷阱層。氧化石墨烯作為石墨烯的衍生物，近年來被廣泛研究。氧化石墨烯薄膜捕獲電荷的能力在很多報道中得到證實。采用室溫旋涂氧化石墨烯的方法，可以保證擦寫窗口的同時，大大降低熱預(yù)算。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0015]圖1為一種基于氧化石墨烯電荷陷阱層，低溫原子層淀積技術(shù)在柔性襯底上制備的存儲器單元實例的剖面圖。
[0016]圖2?圖5是基于圖1的存儲器的制備工藝流程示意圖。
[0017]圖中標(biāo)號:101為柔性襯底，102為溝道層，103為源漏接觸，104為隧穿層，105為氧化石墨烯電荷陷阱層，106為控制柵介質(zhì)阻止層，107為柵電極。
【具體實施方式】
[0018]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的一個示例性實施方式作詳細(xì)說明。在圖中，為了方便說明，放大或縮小了層與區(qū)域的厚度，所示大小并不代表實際尺寸。參考圖中的表示是示意性的，但這不應(yīng)該被認(rèn)為是限制了本發(fā)明的范圍。同時在下面的描述中，所使用的術(shù)語襯底可以理解為包括正在加工中的襯底，可能包括在其上所制備的其他薄膜層。
[0019]圖1為本發(fā)明所提供的一個基于氧化石墨烯柔性電荷陷阱存儲器實例的剖面圖。如圖2所示，低溫原子層淀積形成的隧穿層104、柵電極介質(zhì)阻止層106，氧化石墨烯電荷陷阱層105，位于柔性襯底101、溝道層102之上。襯底101優(yōu)選為聚乙烯對苯二酸脂(PET)。隧穿層104、阻止層106選擇Al2O315
[0020]本發(fā)明所公開的基于氧化石墨烯的電荷陷阱存儲器可以通過很多方法制造。以下所敘述的是本發(fā)明公開的圖1所示的一個實施例。
[0021]盡管這些圖并不能完全準(zhǔn)確的反映出器件的實際尺寸，但是它們還是完整的反映了區(qū)域和組成之間的相互位置，特別是組成結(jié)構(gòu)之間的上下和相鄰關(guān)系。
[0022]首先，采用低溫原子層淀積(LT-ALD)生長的氧化鋁層所需金屬源為三甲基鋁(TMA)，氣液源包括CH3C00H、H2O或者H2O2, TMA的LT-ALD脈沖時間為10-15 s’吹洗時間為
2-10 s ;氣液體源脈沖時間為10-15 S，吹洗時間為0.5-5.0 S，載氣流量300-400 sccm，反應(yīng)腔體的溫度為10(Tl50 0C,反應(yīng)腔體的工作壓強為廣4 Torr0 204隧穿層Al2O3約為7nm, 206阻止層的Al2O3約為22 nm。
[0023]在生長204隧穿層Al2O3之后，在室溫下旋涂10-20 nm的氧化石墨烯205。[0024]最后,米用物理氣相沉積方法淀積金屬Al作為柵電極207。
[0025]以上結(jié)合附圖對本發(fā)明的【具體實施方式】作了說明，但是這些說明不能被理解為限制了本發(fā)明的范圍，本發(fā)明的保護范圍由隨附的權(quán)利要求書限定，任何在本發(fā)明權(quán)利要求基礎(chǔ)上的改動都是本發(fā)明的保護范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種基于氧化石墨烯的柔性電荷陷阱存儲器，其特征在于具體結(jié)構(gòu)包括: 由柔性材料組成的襯底； 位于上述襯底之上的電荷隧穿層； 位于電荷隧穿層之上的氧化石墨烯電荷陷阱層； 位于氧化石墨烯電荷陷阱層之上的控制柵介質(zhì)阻止層。
2.一種如權(quán)利要求1所述的基于氧化石墨烯的柔性電荷陷阱存儲器的制備方法，其特征在于具體步驟為: (1)在柔性襯底上生長一層溝道層； (2)定義有源區(qū)，形成源漏； (3)采用低溫原子層淀積方法，生長介質(zhì)薄膜作為電荷隧穿層； (4)在上述步驟形成的結(jié)構(gòu)上，室溫下旋涂氧化石墨烯作為電荷陷阱層； (5)在上述步驟形成的結(jié)構(gòu)上，采用低溫原子層淀積方法，生長控制柵介質(zhì)阻止層； (6)最后形成柵電極。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于氧化石墨烯的柔性電荷陷阱存儲器的制備方法，其特征在于所述的柔性襯底材料為聚乙烯對苯二酸脂、聚酰亞胺、硅橡膠、聚對苯二甲酸乙二醇月旨、硅樹脂有機聚合物材料，或者金屬陶瓷材料。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于氧化石墨烯的柔性電荷陷阱存儲器的制備方法，其特征在于所述的柵電極材料為Pt, Al, Au或者Pd。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于氧化石墨烯的柔性電荷陷阱存儲器的制備方法，其特征在于所述的電荷隧穿層和阻止層，其材料為A1203、HfO2, ZrO2或Ti02。
【文檔編號】H01L29/792GK103489870SQ201310449103
【公開日】2014年1月1日 申請日期:2013年9月28日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月28日
【發(fā)明者】孫清清, 王魯浩, 王鵬飛, 張衛(wèi), 周鵬 申請人:復(fù)旦大學(xué)