[發(fā)明專利]存儲(chǔ)器件及其鐵電場效應(yīng)晶體管和讀取方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110602234.3
• 申請(qǐng)日: 2021-05-31
• 公開（公告）號(hào): CN113380892A
• 公開（公告）日: 2021-09-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 林孟漢;黃家恩;賈漢中;劉逸青;楊世海;王奕
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 臺(tái)灣積體電路制造股份有限公司
• 主分類號(hào): H01L29/78
• 分類號(hào): H01L29/78;H01L29/51;H01L27/1159;G11C11/22
• 代理公司: 北京德恒律治知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11409
• 代理人: 章社杲;李偉

一種配置為多位存儲(chǔ)器件的鐵電場效應(yīng)晶體管(FeFET)，該FeFET包括：半導(dǎo)體襯底，在該半導(dǎo)體襯底中具有源極區(qū)，在該半導(dǎo)體襯底中具有漏極區(qū)；柵極堆疊件在半導(dǎo)體襯底上，其中源極區(qū)和漏極區(qū)延伸到柵極堆疊件的相對(duì)側(cè)，該柵極堆疊件包括在半導(dǎo)體襯底上方的鐵電層，以及在鐵電層上方的柵極區(qū)。晶體管還包括鐵電層的第一端和第二端，其分別對(duì)應(yīng)于源極和漏極區(qū)。鐵電層包括偶極子。在鐵電層的第一端的第一組偶極子具有第一極化。在鐵電層的第二端的第二組偶極子具有第二極化，第二極化與第一極化基本上相反。本發(fā)明的實(shí)施例還涉及存儲(chǔ)器件及讀取鐵電場效應(yīng)晶體管的方法。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明的實(shí)施例涉及存儲(chǔ)器件及其鐵電場效應(yīng)晶體管和讀取方法。

背景技術(shù)

存儲(chǔ)器單元是存儲(chǔ)器的基本構(gòu)建塊。可以使用不同的技術(shù)來實(shí)現(xiàn)它，例如雙極、金屬氧化物半導(dǎo)體(MOS)和其他半導(dǎo)體器件。它也可以由諸如鐵氧體磁芯或磁性氣泡的磁性材料制成。不管使用哪種實(shí)現(xiàn)技術(shù)，二進(jìn)制存儲(chǔ)器單元的目的都是相同的，即存儲(chǔ)一位二進(jìn)制信息。在一些方法中，將存儲(chǔ)器單元置位以存儲(chǔ)1，并且將其復(fù)位以存儲(chǔ)零。

鐵電場效應(yīng)晶體管(FeFET)是一種場效應(yīng)晶體管(FET)，其包括夾在器件的柵極和源極-漏極導(dǎo)電區(qū)之間的鐵電材料的層。基于FeFET的器件用于FeFET存儲(chǔ)器—一種單晶體管二進(jìn)制非易失性存儲(chǔ)器。

發(fā)明內(nèi)容

根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的一個(gè)方面，提供了一種配置為多位存儲(chǔ)器件的鐵電場效應(yīng)晶體管(FeFET)，F(xiàn)eFET包括：半導(dǎo)體襯底，包括：源極區(qū)，位于半導(dǎo)體襯底中；和漏極區(qū)，位于半導(dǎo)體襯底中；柵極堆疊件，位于半導(dǎo)體襯底上方，源極區(qū)和漏極區(qū)延伸到柵極堆疊件的相對(duì)側(cè)，柵極堆疊件包括：鐵電層，位于半導(dǎo)體襯底上方；柵極區(qū)，位于鐵電層上方；并且其中：鐵電層的第一端和第二端靠近相應(yīng)的源極和漏極區(qū)；鐵電層包括偶極子；在鐵電層的第一端處的第一組偶極子具有第一極化；

在鐵電層的第二端處的第二組偶極子具有第二極化，第二極化與第一極化基本上相反。

根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的另一個(gè)方面，提供了2位存儲(chǔ)器件，包括：襯底；源極區(qū)，位于襯底中；漏極區(qū)，位于襯底中；和柵極堆疊件，位于襯底上方，相對(duì)于第一方向從源極區(qū)延伸到漏極區(qū)，柵極堆疊件包括：鐵電層，位于襯底上方；和柵極區(qū)，位于鐵電層上方；以及其中：鐵電層的第一端和第二端對(duì)應(yīng)于源極和漏極區(qū)。鐵電層包括偶極子。鐵電層的偶極子相對(duì)于第一方向不對(duì)稱地極化，鐵電層的第一端處的第一組偶極子具有第一極化，鐵電層的第二端處的第二組偶極子具有第二極化，第二極化基本上與第一極化相反；鐵電層的第一端的第一極化表示2位存儲(chǔ)器件的第一位；和鐵電層的第二端的第二極化表示2位存儲(chǔ)器件的第二位。

根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的又一個(gè)方面，提供了一種讀取鐵電場效應(yīng)晶體管(FeFET)的方法，方法包括：從存儲(chǔ)兩個(gè)位的2位存儲(chǔ)器件中讀取兩個(gè)位的第二位，2位存儲(chǔ)器件包括第一源極/漏極(S/D)端子、第二S/D端子、柵極端子和鐵電層，第二位存儲(chǔ)在鐵電層的第一端，第一端靠近第一S/D端子，讀取第二位包括：向柵極端子施加?xùn)艠O亞閾值電壓；向第二S/D端子施加讀取電壓；向第一S/D端子施加不干擾電壓；和在第二S/D端子處感測第一電流；以及其中，讀取電壓低于亞閾值電壓。

附圖說明

當(dāng)結(jié)合附圖進(jìn)行閱讀時(shí)，從以下詳細(xì)描述可最佳理解本發(fā)明的各個(gè)方面。應(yīng)該強(qiáng)調(diào)，根據(jù)工業(yè)中的標(biāo)準(zhǔn)實(shí)踐，各個(gè)部件未按比例繪制并且僅用于說明的目的。實(shí)際上，為了清楚的討論，各個(gè)部件的尺寸可以任意地增大或減小。

圖1A-圖1B是根據(jù)一些實(shí)施例的2位鐵電場效應(yīng)晶體管(FeFET)的對(duì)應(yīng)截面。

圖1C-圖1E是根據(jù)一些實(shí)施例的表示在相應(yīng)不同條件下的溝道帶勢(shì)壘部分的相應(yīng)波形。

圖2A-圖2B是根據(jù)一些實(shí)施例的2位FeFET的對(duì)應(yīng)截面。

圖2C-圖2E是根據(jù)一些實(shí)施例表示在相應(yīng)不同條件下的溝道帶勢(shì)壘部分的相應(yīng)波形。