[發(fā)明專利]非揮發(fā)性鐵電存儲器件及其驅(qū)動方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810157460.3
• 申請日: 2018-02-24
• 公開（公告）號: CN110189777A
• 公開（公告）日: 2019-08-30
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 黃哲盛
• 申請（專利權(quán)）人: 首爾大學(xué)校產(chǎn)學(xué)協(xié)辦團(tuán)
• 主分類號: G11C11/22
• 分類號: G11C11/22
• 代理公司: 北京鍾維聯(lián)合知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11579
• 代理人: 羅銀燕

本發(fā)明涉及非揮發(fā)性鐵電存儲器件及其驅(qū)動方法。本發(fā)明一實施例的非揮發(fā)性鐵電存儲器件作為非揮發(fā)性存儲器件，包括半導(dǎo)體活性層、多個存儲單元以及控制電路，多個存儲單元在半導(dǎo)體活性層上串聯(lián)結(jié)合，控制電路對多個存儲單元中的選擇存儲單元執(zhí)行讀取工作及編程工作，非揮發(fā)性鐵電存儲器件的特征在于，各個存儲單元可具有柵極結(jié)構(gòu)，柵極結(jié)構(gòu)包括：上述半導(dǎo)體活性層上的順電層；電介質(zhì)堆棧，具有鐵電層及電荷捕獲點，鐵電層層疊于順電層上，電荷捕獲點通過配置于順電層與鐵電層之間的界面或半導(dǎo)體活性層與順電層之間的界面來借助所捕獲的電荷而產(chǎn)生鐵電層的負(fù)電容效應(yīng)；以及上述鐵電層上的控制柵極。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及半導(dǎo)體技術(shù)，更詳細(xì)地，涉及非揮發(fā)性鐵電存儲器件(Non-volatileferroelectric memory device)及其驅(qū)動方法。

背景技術(shù)

最近，隨著如數(shù)碼相機、MP3播放器、掌上電腦(PDA，personal digitalassistants)及手機的便攜式數(shù)字應(yīng)用設(shè)備的需求增加和以往的硬盤被固態(tài)硬盤(SSD，solid-state drives)替代，非揮發(fā)性存儲器市場正急速膨脹。作為上述非揮發(fā)性存儲器件代表性的有低費用的可進(jìn)行高集成化的NAND閃存器件。

上述NAND閃存器件具有基于金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(MOSFET)的晶體管電池結(jié)構(gòu)，根據(jù)信息存儲層的種類分為浮柵型和電荷捕獲型存儲器件。通常，在上述NAND閃存器件中，隨著I-V曲線具有緩慢的坡度，存儲單元晶體管的閾值電壓V_th的散布較寬，結(jié)果，具有刷新率(refresh margin)變窄的問題。這種窄的刷新率成為增加讀取時間的原因，從而妨礙閃存器件的工作速度的改善。

為了克服如基于上述浮柵型及電荷捕獲型存儲單元晶體管的以往的NAND閃存器件所具有的閾值電壓的散布的缺點，控制亞閾值擺幅(subthreshold swing；SS)值成為技術(shù)的解決方法。但是，在以往的NAND閃存器件中，借助熱載流子的注入進(jìn)行編程，因此，控制亞閾值擺幅值的物理下限值限制為60mV/dec，因此，理論上不可能將控制亞閾值擺幅值降低至低于60mV/dec。并且，以往的NAND閃存器件工作電壓高，達(dá)到20V上下，因而要在低電壓電路驅(qū)動需要使用特殊的高電壓升壓電路，存在電力消耗大的缺點。

因此，為了減少上述控制亞閾值擺幅值，需要改良構(gòu)成以往的NAND閃存器件的電介質(zhì)堆棧。作為相關(guān)嘗試，公開了利用鐵電場效應(yīng)晶體管(Ferroelectric gate fieldeffect transistor：FeFET)的NAND存儲器件的結(jié)構(gòu)。但是，串聯(lián)上述鐵電場效應(yīng)晶體管來構(gòu)成的非揮發(fā)性NAND存儲器件為了讀取在一個串內(nèi)選擇的存儲單元的數(shù)據(jù)，需打開未被選擇的其他多個存儲單元，為此，通常，向未被選擇的其他多個存儲單元的控制柵極施加大于向選擇存儲單元的柵極施加的讀取電壓的高電壓的流動電壓V_pass。

但是，在上述高電壓的流動電壓V_pass中，鐵電層的極化方向被變更而具有導(dǎo)致數(shù)據(jù)干擾(disturb)的問題。例如，在未被選擇的存儲單元的鐵電層的極化方向朝向通道層的相反方向定向的情況下(通常，將此定義為消除狀態(tài))，借助流動電壓V_pass以上述鐵電的極化方向朝向通道層的方式被反轉(zhuǎn)(或者，去極化(depolarization))，在此情況下，可產(chǎn)生無意地存儲單元的編程或消除。這種問題可成為用于實現(xiàn)利用鐵電場效應(yīng)晶體管的非揮發(fā)性NAND存儲器件的大障礙。

因此，當(dāng)利用鐵電場效應(yīng)晶體管的非揮發(fā)性NAND存儲器件的選擇存儲單元進(jìn)行編程、讀取及消除工作時，需要防止與上述選擇存儲單元共享位線的未被選擇的其他多個存儲單元的干擾的新的驅(qū)動方法，為此，需要通過改善閾值電壓V_th的散布來提高刷新率(refresh margin)的同時改善NAND存儲器件的工作速度。

發(fā)明內(nèi)容