[發明專利]一種三維NAND型鐵電場效應晶體管存儲器及其制備方法

有效

• 申請號: 202010622412.4
• 申請日: 2020-06-30
• 公開（公告）號: CN111799265B
• 公開（公告）日: 2021-06-04
• 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

本發明公開了一種三維NAND型鐵電場效應晶體管存儲器，包括：依次層疊設置的基底層、公共源極層、多個選擇晶體管、疊構層，及貫穿疊構層的多個通道；所述多個選擇晶體管中的每一個選擇晶體管由選擇柵電極層的一部分以及柵介質層和第一溝道層組成；所述疊構層包括多層相互交疊排布的隔離層和柵電極層；多個通道設置在所述多個選擇晶體管的正上方，每個所述通道的內壁上依次設置有緩沖層、鐵電薄膜層、第二溝道層和填充層，第二溝道層的底部與第一溝道層的頂端緊密相連，所述柵電極層與緩沖層、鐵電薄膜層和第二溝道層形成多個鐵電場效應晶體管串聯的存儲單元串。該存儲器可以提升器件的疲勞性能并改善器件之間的差異性。

技術領域

本發明涉及存儲器技術領域，尤其涉及一種三維NAND型鐵電場效應晶體管存儲器及其制備方法。

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(3D)集成，即3D NAND FeFET，被認為是最有潛力的高密度新型存儲器之一。

但是，現有3D NAND FeFET存儲器還存在下述不足：第一，鐵電薄膜層與多晶硅柵電極直接接觸，制備過程中易生成界面層，且較難控制界面層的質量，從而影響鐵電薄膜層及其器件的均一性和電學性能；第二，鐵電薄膜層與溝道直接接觸，在制備過程中產生較多界面缺陷，使得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，因而難以滿足高可靠器件的應用要求。

發明內容

(一)發明目的

本發明的目的是提供一種三維NAND型鐵電場效應晶體管存儲器及其制備方法，以解決現有技術三維NAND型FeFET存儲器存在疲勞性能差和器件之間性能差異性較大問題。

(二)技術方案

為解決上述問題，本發明的第一方面提供了一種三維NAND型鐵電場效應晶體管存儲器，包括：依次層疊設置的基底層、公共源極層、多個選擇晶體管、疊構層，及貫穿所述疊構層的多個通道；所述多個選擇晶體管中的每一個選擇晶體管由選擇柵電極層的一部分以及柵介質層和第一溝道層組成；所述疊構層包括多層相互交疊排布的隔離層和柵電極層；所述多個通道設置在所述多個選擇晶體管的正上方，所述通道的內壁上依次設置有緩沖層、鐵電薄膜層、第二溝道層和填充層，所述第二溝道層的底部與所述第一溝道層的頂端緊密相連，所述柵電極層與所述緩沖層、所述鐵電薄膜層和所述第二溝道層形成多個鐵電場效應晶體管串聯的存儲單元串。

進一步地，所述基底層為半導體襯底。

進一步地，所述半導體襯底的材料為硅、鍺、硅鍺或砷化鎵。

進一步地，所述公共源極層為重摻雜的半導體材料，且與所述基底層形成pn結。

進一步地，所述隔離層為二氧化硅(SiO₂)或介電常數比二氧化硅更小的絕緣材料。

進一步地，所述柵電極層為重摻雜的多晶硅，氮化物金屬電極，鎢(W)中的任一種。

進一步地，所述柵介質層的材料為二氧化硅(SiO₂)、氮化硅(Si₃N₄)、氮氧化硅(SiON)、氧化鋁(Al₂O₃)、二氧化鉿(HfO₂)、二氧化鋯(ZrO₂)、二氧化鈦(TiO₂)、氧化鑭(La₂O₃)、氮氧硅鉿(HfSiON)及二氧化鍺(GeO₂)中的一種或多種的組合。