非易失性存储器件以及操作非易失性存储器件的方法技术

本发明专利技术公开了一种非易失性存储器件以及操作非易失性存储器件的方法。根据一个实施例的非易失性存储器件包括铁电存储元件和电阻式存储元件。铁电存储元件包括具有铁电栅电介质层的场效应晶体管。电阻式存储元件包括设置在第一存储器电极与第二存储器电极之间的阻变存储层。场效应晶体管的漏电极连接到第一存储器电极或第二存储器电极。

Non-volatile memory devices and methods of operating non-volatile memory devices

The invention discloses a non-volatile memory device and a method for operating the non-volatile memory device. A nonvolatile memory device according to an embodiment includes a ferroelectric storage element and a resistive storage element. The ferroelectric storage element includes a field effect transistor with a ferroelectric grid dielectric layer. The resistive storage element includes a resistive storage layer arranged between the first memory electrode and the second memory electrode. The drain electrode of the field effect transistor is connected to the first memory electrode or the second memory electrode.

【技术实现步骤摘要】
非易失性存储器件以及操作非易失性存储器件的方法相关申请的交叉引用本申请要求于2017年7月14日提交的申请号为10-2018-0089926的韩国专利申请的优先权，其全部内容通过引用合并于此。
本公开的各种实施例总体而言涉及一种半导体器件，并且更具体地，涉及一种非易失性存储器件以及操作非易失性存储器件的方法。
技术介绍
已经提出了一种具有与快闪存储器件的操作模式不同的操作模式的电阻式存储器件作为非易失性存储器件。快闪存储器件通过利用以下特性来储存信息：不同量的电荷由于外部施加的电压而被储存在电荷储存层中。相反，在电阻式存储器件中，当施加外部电压或外部电流时，内部存储元件的电阻能够被可逆地改变，而在该电压或电流被去除之后，由外部电压改变的电阻能够作为电信号以非易失性的方式被储存在存储元件中。例如，电阻式存储器件可以包括磁性随机存取存储(MRAM)器件、相变随机存取存储(PCRAM)器件、电阻式随机存取存储(ReRAM)器件等。
技术实现思路
披露了根据本公开的一个方面的非易失性存储器件。非易失性存储器件包括铁电存储元件和电阻式存储元件。所述铁电存储元件包括具有铁电栅电介质层的场效应晶体管。所述电阻式存储元件包括设置在第一存储器电极与第二存储器电极之间的阻变存储层。所述场效应晶体管的漏电极连接到所述第一存储器电极或所述第二存储器电极。披露了根据本公开的另一个方面的操作非易失性存储器件的方法。在该方法中，在存储单元中使用铁电存储元件和电阻式存储元件。所述铁电存储元件包括具有铁电栅电介质层和漏电极的场效应晶体管。所述电阻式存储元件包括第一存储器电极、阻变存储层和第二存储器电极。电阻写入电压被施加到所述阻变存储层上，以将电阻写入所述电阻式存储元件中。极化写入电压被施加到所述场效应晶体管的栅电极上，以将剩余极化写入所述铁电栅电介质层中。所述写入电阻的操作和所述写入剩余极化的操作被依次执行，并且所述场效应晶体管的所述漏电极连接到所述第一存储器电极或所述第二存储器电极。附图说明图1是示出根据本公开的一个实施例的非易失性存储器件的示意图。图2A是示意性示出根据本公开的一个实施例的非易失性存储器件的存储单元的视图。图2B是示出图2A的存储单元的电路的电路图。图3是示意性示出根据本公开的一个实施例的非易失性存储器件的存储单元的截面图。图4A至图4C是示意性示出根据本公开的一个实施例的铁电存储元件的写入方法的截面图。图5A至图5C是示意性示出根据本公开的一个实施例的电阻式存储元件的写入方法的视图。图6是示出根据本公开的一个实施例的非易失性存储器件的写入方法的流程图。图7是示意性示出根据本公开的一个实施例的操作非易失性存储器件的方法的电路图。图8是示意性示出根据本公开的一个实施例的非易失性存储器件的多个电阻水平的曲线图。具体实施方式现在将在下文中参考附图来描述各种实施例。在附图中，为了使图示清楚，层和区域的尺寸可能被夸大。从观察者的视角来描述附图。如果一个元件被称为位于另一个元件上，则可以理解为，该元件可以直接位于另一个元件上，或者另外的元件可以介于该元件与另一个元件之间。在整个说明书中，相同的附图标记表示相同的元件。另外，除非上下文中另外清楚地使用，否则词的单数形式的表达应被理解为包括该词的复数形式。要理解的是，术语“包括”或“具有”旨在指定特征、数目、步骤、操作、元件、部分或其组合的存在，但不用于排除一个或更多个其他特征、数目、步骤、操作、组件、部分或其组合的存在或添加的可能性。此外，在执行方法或制造方法时，组成方法的各个步骤可以以与规定的顺序不同的顺序进行，除非上下文明确地描述了特定的顺序。换言之，各个步骤可以以与陈述的顺序相同的方式来执行、可以基本上同时执行、或可以以相反的顺序来执行。本公开的一个实施例提供了具有储存多电平信号的存储单元的非易失性存储器件。另外，本公开的一个实施例提供了将多电平信号写入非易失性存储器件的存储单元的方法以及读取多电平信号的方法。图1是示意性示出根据本公开的一个实施例的非易失性存储器件10的示意图。参考图1，非易失性存储器件10可以包括多个位线BL1和BL2、多个字线WL1和WL2以及多个选择线SL1和SL2。多个位线BL1和BL2和多个字线WL1和WL2可以沿x方向布置，而多个选择线SL1和SL2可以沿与x方向不平行的y方向布置。虽然本文用正交轴系统示出了附图，但是本公开不限于此。非易失性存储器件10可以包括多个存储单元100a、100b、100c和100d。在下文中，为了便于说明，多个存储单元100a、100b、100c和100d被称为第一存储单元100a、第二存储单元100b、第三存储单元100c和第四存储单元100d。第一存储单元100a可以包括第一铁电存储元件110a和第一电阻式存储元件120a。第二存储单元100b可以包括第二铁电存储元件110b和第二电阻式存储元件120b。第三存储单元100c可以包括第三铁电存储元件110c和第三电阻式存储元件120c。第四存储单元100d可以包括第四铁电存储元件110d和第四电阻式存储元件120d。第一存储单元100a可以设置在彼此交叉的第一位线BL1与第一选择线SL1之间。第一存储单元100a的第一铁电存储元件110a的栅电极可以连接到第一字线WL1。同样，第二存储单元100b可以设置在彼此交叉的第一位线BL1与第二选择线SL2之间。另外，第二存储单元100b的第二铁电存储元件110b的栅电极可以连接到第一字线WL1。第三存储单元100c可以设置在彼此交叉的第二位线BL2与第一选择线SL1之间。另外，第三存储单元100c的第三铁电存储元件110c的栅电极可以连接到第二字线WL2。第四存储单元100d可以设置在彼此交叉的第二位线BL2与第二选择线SL2之间。另外，第四存储单元100d的第四铁电存储元件110d的栅电极可以连接到第二字线WL2。非易失性存储器件10可以具有多个存储单元100a、100b、100c和100d的阵列。虽然图1中示出了仅四个存储单元，但当更多数量的位线BL1和BL2、选择线SL1和SL2、字线WL1和WL2被使用时，另外的存储单元可以与存储单元100a、存储单元100b、存储单元100c和存储单元100d以类似的方式来布置。在存储单元100a、存储单元100b、存储单元100c和存储单元100d之中，非易失性存储器件10中的存储单元可以被选择以用于写入。例如，当选择第一存储单元100a作为要被写入的目标存储单元时，第一存储单元100a的铁电存储元件110a的极化状态以及第一存储单元100a的电阻式存储元件120a的电阻状态分别由通过字线WL1、位线BL1以及选择线SL1提供的电压来确定，使得有别于彼此的多个电信号可以被储存。图2A是示意性示出根据本公开的一个实施例的非易失性存储器件的存储单元的视图。图2B是示出图2A的存储单元的电路的电路图。在一个实施例中，图2A和图2B的存储单元100a是如上参考图1所述的非易失性存储器件10中包括的存储单元100a。参考图2A和图2B，存储单元100a可以包括铁电存储元件110a和电阻式存储元件120a。铁电存储元件110a和电阻式存储元件120a可以通过第一接触布线12本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种非易失性存储器件，包括：铁电存储元件和电阻式存储元件，其中，所述铁电存储元件包括具有铁电栅电介质层的场效应晶体管，所述电阻式存储元件包括设置在第一存储器电极与第二存储器电极之间的阻变存储层，以及所述场效应晶体管的漏电极连接到所述第一存储器电极或所述第二存储器电极。

【技术特征摘要】
2017.07.14 KR 10-2017-00899261.一种非易失性存储器件，包括：铁电存储元件和电阻式存储元件，其中，所述铁电存储元件包括具有铁电栅电介质层的场效应晶体管，所述电阻式存储元件包括设置在第一存储器电极与第二存储器电极之间的阻变存储层，以及所述场效应晶体管的漏电极连接到所述第一存储器电极或所述第二存储器电极。2.根据权利要求1所述的非易失性存储器件，其中，所述铁电栅电介质层具有剩余极化，以及所述阻变存储层具有电阻，并且所述剩余极化与所述电阻独立于彼此。3.根据权利要求1所述的非易失性存储器件，其中，所述铁电栅电介质层具有至少两种剩余极化状态中的一种。4.根据权利要求3所述的非易失性存储器件，其中，所述铁电存储元件具有与已储存的剩余极化状态相对应的沟道电阻状态。5.根据权利要求1所述的非易失性存储器件，其中，所述阻变存储层具有至少两种电阻状态中的一种。6.根据权利要求1所述的非易失性存储器件，其中，所述场效应晶体管包括：半导体衬底；结晶铁电材料层，其设置在所述半导体衬底上；栅电极层，其设置在所述结晶铁电材料层上；漏电极和源电极，其设置在所述半导体衬底中位于所述栅电极层的对置端部处。7.根据权利要求6所述的非易失性存储器件，其中，所述电阻式存储元件包括依次设置在所述半导体衬底上的所述第一存储器电极、所述阻变存储层以及所述第二存储器电极，以及其中，所述第一存储器电极连接到所述漏电极。8.根据权利要求6所述的非易失性存储器件，其中，所述半导体衬底包括硅Si、砷化镓GaAs、磷化铟InP、锗Ge以及硅锗SiGe中的一种。9.根据权利要求6所述的非易失性存储器件，其中，所述半导体衬底掺杂有n型掺杂剂或p型掺杂剂。10.根据权利要求1所述的非易失性存储器件，其中，所述铁电栅电介质层包括从如下材料中选择的至少一种：氧化铪HfO2、氧化锆ZrO2、锆钛酸铅PbZr0.5Ti0.5O3、钛酸钡BaTiO3、钛酸铅PbTiO3、氧化铪锆Hf0.5Zr0.5O2、铌酸锂LiNbO3、钽酸锂LiTaO3、钽酸锶铋SrBi2Ta2O9、钛酸铋镧(Bi,La)4Ti3O12和钛酸铋Bi4Ti3O12。11.根据权利要求10所述的非易失性存储器件，其中，所述铁电栅电介质层包括掺杂剂，并且所述掺杂剂包括从如下元素中选择的至少一种：碳C、硅Si、镁Mg、铝Al、钇Y、锗Ge、锡Sn、锶Sr、铅Pb、钙Ca、钡Ba、钛Ti、锆Zr、钆Gd和镧La。12.根据权利要求1所述的非易失性存储器件，其中，所述阻变存储层包括从如下材料中选择的至少一种：氧化钛、氧化铝、氧化镍、氧化铜、氧化锆、氧化锰、氧化铪、氧化钨、氧化钽、氧化铌、氧化铁、PCMO(Pr1-xCaxMnO3，0<x<1)、LCMO(La1-xCaxMnO3，0<x<1)、BSCFO(Ba0.5Sr0.5Co0.8Fe0.2O3-δ)、YBCO(YBa2Cu3O7-x，0<x<1)...

【专利技术属性】
技术研发人员：李相宪，
申请(专利权)人：爱思开海力士有限公司，
类型：发明
国别省市：韩国,KR