[發明專利]U形鐵電場效應晶體管存儲單元串、存儲器及制備方法

在審

• 申請號: 202010622379.5
• 申請日: 2020-06-30
• 公開（公告）號: CN111799262A
• 公開（公告）日: 2020-10-20
• 發明（設計）人: 曾斌建;周益春;廖敏
• 申請（專利權）人: 湘潭大學
• 主分類號: H01L27/11507
• 分類號: H01L27/11507;H01L27/11514;H01L29/10;H01L29/78;H01L21/336
• 代理公司: 北京中政聯科專利代理事務所(普通合伙) 11489
• 代理人: 鄭久興

本發明公開了一種U形鐵電場效應晶體管存儲單元串、存儲器及制備方法。該存儲單元串，包括由兩個第一柱狀結構通過第二柱狀結構連接而成形成的U形體、分離層(6)和間隔設置的多層的柵電極(4)；每層所述柵電極(4)，用于包圍所述U形體；所述分離層(6)，貫穿于所述多層柵電極(4)，且位于所述U形體的開口內，用于隔離所述U形體的兩個柱狀結構，以使所述U形存儲單元串中的存儲單元的個數為所述U形存儲單元串中的柵電極(4)層數的二倍。其中U形的存儲單元串相比于現有技術，在設置同樣層數的柵電極下，本發明的存儲單元的個數更多，存儲密度更高。

技術領域

本發明涉及存儲器領域，尤其是涉及一種U形鐵電場效應晶體管存儲單元串、存儲器及制備方法。

背景技術

鐵電場效應晶體管(FeFET)是以鐵電薄膜材料替代場效應晶體管(MOSFET)中的柵介質層，通過改變鐵電薄膜材料的極化方向來控制溝道電流的導通和截止，從而實現信息的存儲。FeFET存儲器具有非易失性、低功耗、讀寫速度快等優點，且單元結構簡單，理論存儲密度大。特別地，FeFET可以實現三維集成，被認為是最有潛力的高密度新型存儲器之一。

目前，經過研究現有三維FeFET存儲器的不足之處是：現有的鐵電薄膜層及其器件的均一性和電學性能差，即采用同樣方法制備的兩個存儲器的性能差異性較大；第二，在制備的過程中，鐵電薄膜層與溝道層之間的界面缺陷較多，導致器件的疲勞性能較差，器件之間的閾值電壓和亞閾值擺幅差異較大，導致存儲器的可靠性差；第三，現有的存儲器的制備過程中，需要對介質層或鐵電薄膜層刻蝕，容易對介質層和鐵電薄膜層損傷，造成器件性能受到影響，影響存儲器的可靠性。

發明內容

(一)發明目的

本發明的目的是提供一種U形鐵電場效應晶體管存儲單元串、存儲器及制備方法，該存儲單元串包括為由兩個第一柱狀結構通過第二柱狀結構連接而形成的U形體，該U形體是通過沉積方法得到的，能夠避免制備過程中對鐵電薄膜層進行刻蝕，提高了存儲器的可靠性；另外通過設置第一介質層和第二介質層使得鐵電薄膜不直接與柵電極層和溝道層接觸，避免鐵電薄膜中的元素擴散及其與柵電極和溝道層的界面反應，進一步保證了鐵電薄膜層和存儲單元的質量和性能，減小存儲單元之間的差異性，提高存儲器的可靠性。

(二)技術方案

為解決上述問題，本發明的第一方面提供一種U形鐵電場效應晶體管存儲單元串，包括由兩個第一柱狀結構通過第二柱狀結構連接所形成的U形體、分離層和間隔設置的多層的柵電極；每層柵電極，用于包圍U形體；分離層，貫穿于多層柵電極，且位于所述U形體的開口內，用于隔離U形體的兩個第一柱狀結構，以使所述存儲單元串中的存儲單元的個數為所述存儲單元串中的柵電極層數的二倍；所述柱狀結構由外層至內層依次設置：第一介質層、鐵電薄膜層、第二介質層和溝道層；所述第一介質層和所述第二介質層用于隔離所述鐵電薄膜層，以避免所述鐵電薄膜層與所述溝道層和所述柵電極直接接觸，還使所述第一介質層和第二介質層均作為所述鐵電薄膜層生長的種子層或應力調控層，促進所述鐵電薄膜層中鐵電相的生成，以使所述U形鐵電場效應晶體管存儲單元串中鐵電薄膜層實現存儲功能。

進一步的，還包括：填充層，設置在所述溝道層內，用于填滿所述柱狀結構的中心。

進一步的，所述溝道層的厚度不大于所述溝道層的耗盡層的厚度。

進一步的，相鄰的所述柵電極之間設置有隔離層。