一种动态随机存储器单元及其制备方法技术

本发明专利技术提出了一种动态随机存储器单元及其制备方法，该动态随机存储器单元包括衬底，形成在衬底之上的晶体管操作区和电荷存储区，该晶体管操作区和电荷存储区在空间上分离，其通过电荷通道与电荷存储区相连，在晶体管操作区内形成有源极、漏极和沟道区，在晶体管操作区之上形成有栅介质层、栅极、源极金属层和漏极金属层。本发明专利技术的动态随机存储器单元将产生的载流子存储在晶体管下方的电荷存储区中，在数据读取的过程中，不会破坏存储在电荷存储区内的电荷，提高了最大刷新时间，晶体管操作区与电荷存储区在空间上分离，使电荷泄漏显著减小，提高了数据的保持时间。本发明专利技术的制备方法工艺简单并且与传统的CMOS工艺兼容。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于基本电气元件领域，涉及半导体器件的制备，特别涉及ー种动态随机存储器単元及其制备方法。
技术介绍
随着动态随机存储器(DRAM)単元的尺寸不断减小，集成度越来越高。一方面，将一个晶体管(transistor)和ー个电容器(capacitor)集成在一起的难度越来越高。另ー方面，其对存储信息具有破坏性的读写方式以及其短的数据保持时间，使得由刷新带来的功耗不断増加。因此，近年来，不包含电容器的一个晶体管(IT)DRAM単元引起了人们的广泛关注，其原因可以归结为该结构与传统的具有一个晶体管ー个电容器(lTlC)DRAM単元结构相比，エ艺更加简单并且与CMOSエ艺兼容，同时，读写时不破坏存储的数据，能够获得 较高的数据保持时间。这种IT DRAM单元的结构示意图如图I所示，在绝缘体上硅(SOI)晶圆衬底上形成晶体管结构，以体区015为P型掺杂，源区013和漏区014为N型掺杂为例，当该IT DRAM单元工作时，其产生的空穴贮藏在SOI层和埋层012之间形成的积累层中，也就是意味着空穴保存在靠近N+源区013和漏区014的地方。这种方式存储的空穴很容易被源区013和漏区014的关态泄漏电流收集，同时由于载流子复合效应的作用，使得存储的空穴消失很快，限制了数据保持时间，使得其应用领域变窄。
技术实现思路
本专利技术g在至少解决现有技术中存在的技术问题，特别创新地提出了ー种动态随机存储器単元及其制备方法。为了实现本专利技术的上述目的，根据本专利技术的第一个方面，本专利技术提供了一种动态随机存储器单元，其包括衬底；形成在所述衬底之上的晶体管操作区和电荷存储区，所述晶体管操作区和电荷存储区在空间上分离，所述晶体管操作区通过电荷通道与所述电荷存储区相连；在所述晶体管操作区内形成有源极、漏极和沟道区；在所述晶体管操作区之上形成有栅介质层、栅极、源极金属层和漏极金属层。本专利技术的动态随机存储器単元将产生的载流子存储在晶体管下方的电荷存储区中，晶体管操作区与电荷存储区在空间上分离，使电荷泄漏显著减小，提高了数据的保持时间。为了实现本专利技术的上述目的，根据本专利技术的第二个方面，本专利技术提供了一种动态随机存储器单元的制备方法，其包括如下步骤SI :提供衬底；S2:在所述衬底上形成电荷存储区和晶体管操作区，所述电荷存储区和晶体管操作区在空间上分离，所述电荷存储区和晶体管操作区通过电荷通道相连；S3 :在所述晶体管操作区内形成源极、漏极和沟道区；S4:在所述晶体管操作区之上形成有栅介质层、栅极、源极金属层和漏极金属层。本专利技术的制备方法エ艺简单并且与传统的CMOSエ艺兼容，其形成的动态随机存储器单元在读取的过程中，不会破坏存储在电荷存储区内的电荷，提高了最大刷新时间。在本专利技术的优选实施例中，电荷存储区内包括用于存储载流子的量子阱。本专利技术通过在载流子存储区内引入存储载流子的量子阱，显著地提高了数据的保持时间，提闻了最大刷新时间。本专利技术的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本专利技术的实践了解到。附图说明本专利技术的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变 得明显和容易理解，其中图I是现有技术中IT DRAM单元的结构示意图；图2是本专利技术动态随机存储器单元的第一优选实施方式的结构示意图；图3是本专利技术动态随机存储器单元的第二优选实施方式的结构示意图；图4-图9是图2中所示动态随机存储器单元的エ艺步骤示意图。附图标记011衬底；012埋层；013源区；014漏区；015体区；016栅介质层；017栅极；I SOI衬底；2埋层；3电荷存储区；4隔离区；51外延层；5晶体管操作区；6掩膜层；7隔离槽；8源极；9漏极；10栅介质层；11栅极；12源极金属层；13漏极金属层；141量子讲势鱼层；142量子阱势阱层。具体实施例方式下面详细描述本专利技术的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过參考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本专利技术，而不能理解为对本专利技术的限制。在本专利技术的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底” “内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利技术的限制。在本专利技术的描述中，除非另有规定和限定，需要说明的是，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。图2是本专利技术动态随机存储器单元的第一优选实施方式的结构示意图，图中仅仅是示意的给出了各区域的尺寸，具体的尺寸可以根据器件參数的要求进行设计。从图中可见，本专利技术的动态随机存储器単元包括衬底，该衬底可以是制备动态随机存储器单元的任何衬底材料，具体可以是但不限于SOI、硅、锗、神化镓，在本实施方式中，优选采用S0I，该SOI包括SOI衬底I及其上形成的埋层2，该埋层2具体可以是但不限于硅的氧化物、锗的氧化物。在埋层2之上形成有晶体管操作区5和电荷存储区3，晶体管操作区5和电荷存储区3的材料具体可以是但不限于硅、锗、神化镓，在本实施方式中，电荷存储区3优选采用的材料为硅，当晶体管操作区5中的沟道区的掺杂类型为P型吋，电荷存储区3为本征区或P型掺杂区，当晶体管操作区5中的沟道区的掺杂类型为N型时，该电荷存储区3为本征区或N型掺杂区。该晶体管操作区5和电荷存储区3在空间上分离，并且该晶体管操作区5通过电荷通道与电荷存储区3相连，在本专利技术的ー种优选实施方式中，晶体管操作区5与电荷存储区3在空间上通过隔离区4分离，该隔离区4的材料不导电，隔离区4具有通孔，该通孔即为电荷通道。在本实施方式中，电荷通道沿着平行于晶体管沟道长度方向的长度为5nm-100nm，沿着垂直于晶体管沟道长度方向的深度为2nm_50nm。在晶体管操作区5内形成有源极8、漏极9和沟道区，在晶体管操作区5之上形成有栅介质层10、栅极11、源极金属层12和漏极金属层13。该动态随机存储器单元将工作时产生的载流子存储在电荷存储区3中，使电荷泄漏显著减小，晶体管操作区5与电荷存储区3在空间上分离，晶体管工作吋，电荷存储区3中存储的电荷不会泄露，提高了数据的保持时间。图3是本专利技术动态随机存储器单元的第二优选实施方式的结构示意图，从图中可见，该实施方式的动态随机存储器单元的结构与图2中所示动态随机存储器单元的结构基本相同，不同之处在于在电荷存储区3内形成有用于存储载流子的量子阱，图中仅示出了 I个量子阱的结构，具体的量子阱的数量可以根据实际參数要求进行设计。当晶体管操作区5中的沟道区的掺杂类型为P型吋，电荷存储区3为本征区或P型掺杂区，为了存储空穴，电荷存储区3的量子阱的势垒层141的材料为应变SiGe，量子阱的势阱层142的材料为弛豫Si。当晶体管操作区5中的沟道区的掺杂类型为N型时，该电荷存储区3为本征区或N型掺杂区本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种动态随机存储器单元，其特征在于，包括 衬底； 形成在所述衬底之上的晶体管操作区和电荷存储区，所述晶体管操作区和电荷存储区在空间上分离，所述晶体管操作区通过电荷通道与所述电荷存储区相连； 在所述晶体管操作区内形成有源极、漏极和沟道区； 在所述晶体管操作区之上形成有栅介质层、栅极、源极金属层和漏极金属层。2.如权利要求I所述的动态随机存储器单元，其特征在于，所述电荷存储区的材料为硅。3.如权利要求I或2所述的动态随机存储器单元，其特征在于，所述电荷存储区内包括用于存储载流子的量子阱。4.如权利要求1、2、3之一所述的动态随机存储器单元，其特征在于，当所述晶体管操作区中的沟道区的掺杂类型为P型时，所述电荷存储区为本征区或P型掺杂区，所述电荷存储区量子阱的势垒层的材料为应变SiGe，所述量子阱的势阱层的材料为弛豫Si。5.如权利要求1、2、3之一所述的动态随机存储器单元，其特征在于，当所述晶体管操作区中的沟道区的掺杂类型为N型时，所述电荷存储区为本征区或N型掺杂区，所述电荷存储区量子阱的势垒层的材料为弛豫SiGe，所述量子阱的势阱层的材料为应变Si。6.如权利要求I所述的动态随机存储器单元，其特征在于，所述晶体管操作区与电荷存储区在空间上通过隔离区分离，所述隔离区的材料不导电，所述隔离区具有通孔，所述通孔为电荷通道。7.如权利要求I或6所述的动态随机存储器单元，其特征在于，所述电荷通道沿着平行于晶体管沟道长度方向的长度为5nm-100nm，沿着垂直于晶体管沟道长度方向的深度为2nm_50nmo8.一种动态随机存储器单元的制备方法，其特征在于，包括如下步骤 51:提供衬底； 52:在所述衬底上形成电荷存储区和晶体管操作区，所述电荷存储区和晶体管操作区在空间上分离，所述电荷存储区和晶体管操作区通过电荷通道相连； 53:在所述晶体管操作区内形成源极、漏极和沟道区； S4:在所述晶体管操作区之上形成有栅介质层、栅极、源极金属层和漏极金属层。9.如权利要求8所述的动态随机存储器单元的制备方法，其特征在于，在所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘立滨，梁仁荣，王敬，许军，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：