[發明專利]低功耗半導體存儲器及其制作方法、驅動方法

有效

• 申請號: 201010233925.2
• 申請日: 2010-07-19
• 公開（公告）號: CN102339828A
• 公開（公告）日: 2012-02-01
• 發明（設計）人: 梁擎擎;鐘匯才;朱慧瓏
• 申請（專利權）人: 中國科學院微電子研究所
• 主分類號: H01L27/105
• 分類號: H01L27/105;H01L21/8239
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 駱蘇華

1.一種低功耗半導體存儲器，其特征在于，包括存儲晶體管與控制晶體管，其中，所述控制晶體管包含有輸入端與輸出端，所述控制晶體管的輸出端與存儲晶體管的體區相連接；在所述控制晶體管開啟時，其輸入端加載的輸入電壓輸出至存儲晶體管的體區，使得所述存儲晶體管的體區電位變化，而所述存儲晶體管體區電位用于標記存儲數據。

2.如權利要求1所述的低功耗半導體存儲器，其特征在于，所述控制晶體管為垂直隧穿場效應管，所述垂直隧穿場效應管包含有第一控制電極、第二控制電極、第一導電區以及第二導電區，其中，所述第一導電區與第二導電區具有相反的導電類型，所述第一控制電極與第二控制電極用于加載控制所述垂直隧穿場效應管開啟狀態的控制電壓，所述第一導電區作為垂直隧穿場效應管的輸入端，用于加載輸入電壓，所述第二導電區作為垂直隧穿場效應管的輸出端，與存儲晶體管的體區電連接。

3.如權利要求2所述的低功耗半導體存儲器，其特征在于，所述存儲晶體管的柵極與垂直隧穿場效應管的第一控制電極或第二控制電極電連接。

4.如權利要求3所述的低功耗半導體存儲器，其特征在于，所述垂直隧穿場效應管位于存儲晶體管的柵極結構中：所述第一導電區位于第二導電區上方，所述第二導電區位于所述存儲晶體管的體區上方，所述第二導電區與存儲晶體管的體區具有相同的導電類型；所述第一控制電極與第二控制電極位于第一導電區與第二導電區兩側的柵極結構中，所述第一控制電極、第二控制電極通過其周圍的柵間介電層與第一導電區、第二導電區以及存儲晶體管的有源區相隔離，其中，所述第一控制電極或第二控制電極至少部分位于所述存儲晶體管的有源區上。

5.如權利要求4所述的低功耗半導體存儲器，其特征在于，所述第一導電區與第二導電區采用Ge、GeSi、GaAs、InP或Si形成。

6.如權利要求4所述的低功耗半導體存儲器，其特征在于，所述第一控制電極與第二控制電極采用鋁、銅或多晶硅形成。

7.一種用于驅動權利要求3或4所述低功耗半導體存儲器的驅動方法，其特征在于，包括寫操作與讀操作，其中，

所述寫操作包括：

在垂直隧穿場效應管的第一控制電極與第二控制電極上加載低電平的控制電壓，開啟所述垂直隧穿場效應管并關閉所述存儲晶體管；

在垂直隧穿場效應管的第一導電區上加載輸入電壓，所述輸入電壓使得存儲晶體管的體區電位變化，完成數據的寫入；

所述讀操作包括：

在垂直隧穿場效應管的第一控制電極與第二控制電極上加載高電平的控制電壓，關閉所述垂直隧穿場效應管；

在存儲晶體管的源、漏極間加載讀出電壓，以檢測存儲晶體管漏極的讀出電流，進而基于所述讀出電流檢測存儲晶體管閾值電壓及體區電位的變化，從而完成數據的讀出。

8.一種低功耗半導體存儲器的制作方法，其特征在于，包括：

提供半導體襯底，所述半導體襯底中形成有具有第一導電類型的有源區，以及所述有源區外的介電隔離區；

在所述半導體襯底上依次形成具有第一導電類型的第一摻雜層、具有第二導電類型的第二摻雜層以及介電保護層；

部分刻蝕所述介電保護層、第二摻雜層與第一摻雜層，有源區與介電隔離區上殘留的第二摻雜層與第一摻雜層形成柵極結構；

在所述柵極結構的兩側形成間隙壁結構，在所述柵極結構兩側的有源區中形成源區與漏區；

在所述半導體襯底上形成第一層間介電層，刻蝕所述第一層間介電層，直至露出介電保護層的表面；

圖形化所述介電保護層，以所述圖形化的介電保護層為掩膜，刻蝕所述柵極結構直至露出有源區與介電隔離區表面，形成位于柵極結構兩端的第一開口與第二開口，所述第一開口或第二開口至少部分位于有源區上，所述第一開口與第二開口間的第一摻雜層與第二摻雜層分別作為垂直隧穿場效應管的第二導電區與第一導電區；

在所述柵極結構的第一開口與第二開口中依次填充介電隔離材料與柵極導電材料，在所述第一開口中形成第一控制電極，在所述第二開口中形成第二控制電極。

9.如權利要求8所述的低功耗半導體存儲器的制作方法，其特征在于，所述形成第二摻雜層包括：對所述第一摻雜層進行離子注入，在所述第一摻雜層的上部形成具有第二導電類型的第二摻雜層。