无电容动态随机存储器及其制备方法

本发明涉及微电子，特别涉及一种基于垂直互补场效应晶体管的无电容动态随机存储器及其制备方法。

背景技术：

1、动态随机存储器(dynamic random access memory，dram)是现代计算机分级存储系统的核心，它在高速低密度的静态随机存储器(sram)和低速高密度的外部存储器之间起到了缓冲和速度匹配的作用。当前dram在容量和速度方面都面临极大的挑战，尤其是面向以数据为核心的高性能计算、人工智能和大数据应用。对于容量，dram已经很难在平面方向进行尺寸微缩从而提高单颗dram芯片的容量。这是由于dram工艺复杂且摩尔定律前景有限。对于速度，dram的刷新时间、输出带宽和寄生效应在尺寸微缩下都很难得到足够的提升，甚至很多参数还会恶化。因此，dram技术已经到了一个拐点，继续采用传统技术已经很难有效提升dram的各项性能，亟需新的工艺技术。

2、2t0c(two transistor one capacitor)结构是一种基于氧化物半导体器件的无电容dram技术，由两个晶体管组成，无需单独的电容。不同于传统的1t1c结构的dram(图1(a)所示)，2t0c结构(图1(b)所示)是利用晶体管的寄生电容来实现存储，从而能够极大简化dram工艺，节省成本，提高存储密度。为了省掉其中电容，需要尽可能减小晶体管的漏电，因而该研究多采用氧化物半导体制造的晶体管，这使得相对于传统的1t1c结构，2t0c dram具有更长的保持(retention)时间，从而刷新间隔长、工作速度快、功耗低。另外，2t0c采用读写分离的设计方案，即通过一个晶体管的跨导，隔离读端口与存储节点，从而有效削弱电荷共享效应对于存储数据的影响。

3、但2t0c结构为两个场效应晶体管的组合(nfet/nfet、nfet/pfet)，对于读管为nfet的2t0c结构，由于仅有下拉功能，所以读1较慢；同理，对于读管为pfet的2t0c结构，由于仅有上拉功能，所以读0较慢。另外，2t0c结构输出为电流，若要应用于数字电路中，需要增加额外的电流-电压转换模块，增加了电路复杂度、面积和成本。

技术实现思路

1、本发明提供一种无电容动态随机存储器及其制备方法，以解决现有无电容动态随机存储器读出速度慢，且应用到数字电路中，需要增加额外的电流-电压转换模块，增加了电路复杂度、面积和成本等问题。

2、本发明第一方面实施例提供一种无电容动态随机存储器，包括：低漏电晶体管和垂直互补场效应晶体管(complementary field effect transistor，cfet)，其中，所述低漏电晶体管作为写管，所述低漏电晶体管的漏极与所述垂直互补场效应晶体管的共同栅极连接，以将目标数据写入预设数据源中；所述垂直互补场效应晶体管作为读管，所述垂直互补场效应晶体管中的p型晶体管的漏极、n型晶体管的漏极相互连接，所述p型晶体管的源极与供电端连接，所述n型晶体管的源极与地线连接，以从所述预设数据源中读取所述目标数据。

3、可选地，所述低漏电晶体管的p型沟道材料采用p型掺杂硅、p型纳米材料和p型氧化物中的任一种。

4、可选地，所述低漏电晶体管的n型沟道材料采用n型掺杂硅、n型氧化物和n型纳米材料中的任一种。

5、可选地，所述垂直互补场效应晶体管的p型沟道材料采用p型掺杂硅、p型纳米材料和p型氧化物中的任一种。

6、可选地，所述垂直互补场效应晶体管的的n型沟道材料采用n型掺杂硅、n型氧化物和n型纳米材料中的任一种。

7、可选地，所述低漏电晶体管选用igzo晶体管，所述垂直互补场效应晶体管选用由cnt晶体管和igzo晶体管构成的cfet晶体管。

8、本发明第二方面实施例提供一种无电容动态随机存储器结构的制备方法，包括以下步骤：在第一预设半导体衬底上沉积一层碳纳米管，并在所述碳纳米管上进行光刻定义并蒸镀预设金属材料，获得cnt晶体管的源极和漏极；基于所述cnt晶体管的源极和漏极，光刻定义所述cnt晶体管的沟道区域，并刻蚀所述沟道区域之外的碳管，以沉积氧化钇层；在所述氧化钇层沉积氧化铪，以将所述氧化铪作为所述cnt晶体管的栅氧层，并分别将互联区域的氧化铪和所述氧化钇层刻蚀去除，以暴露第一金属；基于所述第一金属，光刻定义并蒸镀所述预设金属材料得到所述cnt晶体管和第一igzo晶体管的共同栅极；在所述共同栅极上沉积第一氧化铝，以将所述第一氧化铝作为所述第一igzo晶体管的栅氧层，利用原子层沉积设备在第二预设半导体衬底上沉积第二氧化铝，以将所述第二氧化铝作为第二igzo晶体管的栅氧层，并将所述第一igzo晶体管的互联区域的氧化铝去除，以暴露第二金属；在所述第一igzo晶体管的栅氧层和所述第二igzo晶体管的栅氧层上生长氧化铟镓锌薄膜，并在所述氧化铟镓锌薄膜上光刻定义并蒸镀预设金属材料，获得所述第一igzo晶体管的源极和漏极、所述第二igzo晶体管的源极和漏极；在所述第一igzo晶体管的源极和漏极上光刻定义所述第一igzo晶体管的沟道区域，在所述第二igzo晶体管的源极和漏极光刻定义所述第二igzo晶体管的沟道区域，并刻蚀在所述沟道区域之外的第一igzo晶体管和第二igzo晶体管，得到无电容动态随机存储器结构。

9、本发明第三方面实施例提供一种电子设备，包括：存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序，以实现如上述实施例所述的无电容动态随机存储器的制备方法。

10、本发明第四方面实施例提供一种计算机程序产品，该计算机程序/指令被处理器执行时实现如上的无电容动态随机存储器的制备方法。

11、本发明第五方面实施例提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储计算机程序，该程序被处理器执行时实现如上的无电容动态随机存储器的制备方法。

12、本发明实施例提出的无电容动态随机存储器及其制备方法，用垂直互补场效应晶体管代替传统的n/p fet作为读管，在不增加单元面积的前提下，同时具有上拉管和下拉管，读出速度更快；采用垂直互补场效应晶体管可以起到更好的隔离效果，从而隔绝偏压应力对输出的影响；该结构的输出为电压，可直接应用于数字电路中。

13、本发明附加的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，或通过本发明的实践了解到。

技术特征：

1.一种无电容动态随机存储器，其特征在于，包括：低漏电晶体管和垂直互补场效应晶体管，其中，

2.根据权利要求1所述的无电容动态随机存储器，其特征在于，所述低漏电晶体管的p型沟道材料采用p型掺杂硅、p型纳米材料和p型氧化物中的任一种。

3.根据权利要求1所述的无电容动态随机存储器，其特征在于，所述低漏电晶体管的n型沟道材料采用n型掺杂硅、n型氧化物和n型纳米材料中的任一种。

4.根据权利要求1所述的无电容动态随机存储器，其特征在于，所述垂直互补场效应晶体管的p型沟道材料采用p型掺杂硅、p型纳米材料和p型氧化物中的任一种。

5.根据权利要求1所述的无电容动态随机存储器，其特征在于，所述垂直互补场效应晶体管的n型沟道材料采用n型掺杂硅、n型氧化物和n型纳米材料中的任一种。

6.根据权利要求1所述的无电容动态随机存储器，其特征在于，所述低漏电晶体管选用igzo晶体管，所述垂直互补场效应晶体管选用由cnt晶体管和igzo晶体管构成的cfet晶体管。

7.一种无电容动态随机存储器的制备方法，其特征在于，以制备权利要求1-6中任一项所述的无电容动态随机存储器，包括以下步骤：

8.一种电子设备，其特征在于，包括：存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序，以实现如权利要求7所述的无电容动态随机存储器的制备方法。

9.一种计算机程序产品，其特征在于，该计算机程序/指令被处理器执行时实现权利要求7所述的无电容动态随机存储器的制备方法。

10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行，以用于实现如权利要求7所述的无电容动态随机存储器的制备方法。

技术总结本发明涉及微电子技术领域，特别涉及一种无电容动态随机存储器结构及其制备方法，其中，无电容动态随机存储器结构包括：低漏电晶体管和垂直互补场效应晶体管，其中，低漏电晶体管作为写管，低漏电晶体管的漏极与垂直互补场效应晶体管的共同栅极连接，以将目标数据写入预设数据源中；垂直互补场效应晶体管作为读管，垂直互补场效应晶体管中的P型晶体管的漏极、N型晶体管的漏极相互连接，P型晶体管的源极与供电端连接，N型晶体管的源极与地线连接，以从预设数据源中读取目标数据。由此，解决了现有无电容动态随机存储器结构读出速度慢，且应用到数字电路中，需要增加额外的电流‑电压转换模块，增加了电路复杂度、面积和成本等问题。技术研发人员：唐建石,杨慧敏,李怡均,安然,杜宜威,高滨,钱鹤,吴华强受保护的技术使用者：清华大学技术研发日：技术公布日：2024/8/20