存储器器件及操作其存储器单元的方法技术

一种存储器器件，包括多个存储器单元。每个存储器单元包括具有第一源极/漏极端子、第二源极/漏极端子和栅极的多栅极FeFET，该栅极具有多个铁电层，该铁电层被配置为使得铁电层中的每个具有相应的唯一切换电场。本发明专利技术的实施例还涉及一种操作存储器单元的方法。施例还涉及一种操作存储器单元的方法。施例还涉及一种操作存储器单元的方法。

【技术实现步骤摘要】
存储器器件及操作其存储器单元的方法


[0001]本专利技术的实施例涉及存储器器件及操作其存储器单元的方法。

技术介绍

[0002]铁电场效应晶体管(FeFET)是一种场效应晶体管，包括夹在器件的栅极电极与源极
‑
漏极导电区之间的铁电材料。铁电体中的永久电场极化会使这种类型的器件在没有电偏置的情况下保持晶体管的状态(导通或截止)。基于FeFET的器件用于FeFET存储器或铁电随机存取存储器(FeRAM)中。

技术实现思路

[0003]根据本专利技术实施例的一个方面，提供了一种包括多个存储器单元的存储器器件，每个存储器单元包括：多栅极铁电栅场效应晶体管(FeFET)，包括：第一源极/漏极端子；第二源极/漏极端子；以及栅极，包括多个铁电层，铁电层被配置为使得铁电层中的每个具有相应的唯一切换电场。
[0004]根据本专利技术实施例的另一个方面，提供了一种存储器器件，包括：多位存储器单元的阵列，以行和列布置，行中的每个具有对应字线，列中的每个具有对应源极位线、对应读位线和对应写位线；多个存取晶体管，各自具有连接至多位存储器单元中的相应一个的第一源极/漏极端子、连接至对应列的写位线的第二源极/漏极端子、以及连接至对应行的字线的栅极端子；其中，多位存储器单元中的每个包括铁电场效应晶体管(FeFET)，FeFET具有耦合至对应列的源极位线的第一源极/漏极端子、耦合至对应列的读位线的第二源极/漏极端子、以及包括N个铁电层(N是大于1的正整数)的栅极，N个铁电层被配置为使得FeFET具有2N个阈值电压(Vt)电平。
[0005]根据本专利技术实施例的又一个方面，提供了一种操作存储器单元的方法，包括：提供存储器单元，存储器单元包括具有源极、漏极和栅极的多栅极铁电栅极场效应晶体管(FeFET)；向栅极施加第一预定信号，以将第一数据值写入至存储器单元的第一位；向栅极施加第二预定信号以将第一数据值写入至存储器单元的第二位。
附图说明
[0006]当结合附图进行阅读时，从以下详细描述可最佳理解本专利技术的各方面。应该注意，根据工业中的标准实践，各个部件未按比例绘制。实际上，为了清楚的讨论，各个部件的尺寸可以任意地增大或减小。另外，附图是说明性的，作为本专利技术的实施例的实例，而并不意图进行限制。
[0007]图1A是示意性地示出了根据所公开的实施例的多位存储器单元的实例的框图。
[0008]图1B是示意性地示出了根据所公开的实施例的图1A中所示的多位存储器单元的替代方面的框图。
[0009]图1C是示意性地示出了根据所公开的实施例的图1A和图1B所示的多位存储器单
元的替代方面的框图。
[0010]图2是示出了根据所公开的实施例的用于由施加的电场感应的极化的铁电材料的磁滞曲线的图。
[0011]图3至图6是铁电栅极结构的框图，示出了根据所公开的实施例的图2中所示的极化状态。
[0012]图7是示出了根据所公开的实施例的用于多栅极FeFET的单个铁电栅极层的两个阈值电压(Vt)电平的图。
[0013]图8是示出了根据所公开的实施例的包括多栅极FeFET的两个铁电栅极层的栅极结构的框图。
[0014]图9是示出了根据所公开的实施例的包括多栅极FeFET的两个铁电栅极层的替代栅极结构的框图。
[0015]图10是示出了根据所公开的实施例的图8和图9所示的栅极结构的各方面的顶视图。
[0016]图11是示出了根据所公开的实施例的双栅FeFET的Vt电平的图。
[0017]图12至图15是示出了根据公开的实施例的图1A中所示的多位存储器单元的部分的框图，示出了对应于图11中所示的Vt电平的极化。
[0018]图16是示出了根据所公开的实施例的包括诸如图1A至图1C所示的多位存储器单元的存储器器件的实例的示意图。
[0019]图17是示出了根据所公开的实施例的图16中所示出的存储器器件的另一方面的框图。
[0020]图18是示出了根据所公开的实施例的存储器单元写电压与最小切换电压之间的实例关系的图。
[0021]图19是示出了根据所公开的实施例的与图18中所示的写电压对应的铁电层的实例切换转变的图。
[0022]图20是示出了根据所公开的实施例的用于操作多位存储器单元的实例方法的流程图。
[0023]图21是示意性地示出了根据所公开的实施例的多位存储器单元的一般实例的框图。
[0024]图22是示出了根据所公开的实施例的图21的一般多位存储器单元的Vt电平的图。
[0025]图23是示意性地示出了根据所公开的实施例的四栅多位存储器单元的框图。
[0026]图24是示出了根据所公开的实施例的用于图23的多位存储器单元的存储器单元写电压与最小切换电压之间的实例关系的图。
[0027]图25是示出了根据所公开的实施例的与图24中所示的写电压对应的铁电层的实例切换转变的图。
具体实施方式
[0028]以下公开内容提供了许多用于实现所提供主题的不同特征的不同实施例或实例。下面描述了组件和布置的具体实例以简化本专利技术。当然，这些仅仅是实例，而不旨在限制本专利技术。例如，在以下描述中，在第二部件上方或者上形成第一部件可以包括第一部件和第二
部件直接接触形成的实施例，并且也可以包括在第一部件和第二部件之间可以形成额外的部件，从而使得第一部件和第二部件可以不直接接触的实施例。此外，本专利技术可在各个实例中重复参考标号和/或字符。该重复是为了简单和清楚的目的，并且其本身不指示所讨论的各个实施例和/或配置之间的关系。
[0029]而且，为了便于描述，在此可以使用诸如“在
…
之下”、“在
…
下方”、“下部”、“在
…
之上”、“上部”等空间相对术语，以描述如图所示的一个元件或部件与另一个(或另一些)元件或部件的关系。除了图中所示的方位外，空间相对术语旨在包括器件在使用或操作中的不同方位。器件可以以其他方式定向(旋转90度或在其他方位上)，而本文使用的空间相对描述符可以同样地作出相应的解释。
[0030]铁电场效应晶体管(FeFET)是一种场效应晶体管，包括夹在器件的栅极电极与源极
‑
漏极导电区之间的铁电材料。铁电体中的永久电场极化会使这种类型的器件在没有电偏置的情况下保持晶体管的状态(导通或截止)。此外，基于FeFET的器件可用于FeFET存储器或FeRAM中。
[0031]铁电材料通常代替FET的栅极氧化物。通过经由晶体管栅极与晶体管沟道之间的电压施加电场来引起切换。具体地，对于n沟道晶体管，在施加足够高的正电压脉冲之后进行铁电切换会导致阈值电压(Vt)向更低的阈值电压值偏移。对于p沟道晶体管，负电压脉冲会导致阈值电压向更高的阈值电压值偏移。
[0032]集成电路存储器的一种常见类型是静态随机存取存储器(SRAM)器件。典型的SRAM存储器器件具有存储器单元阵列。每个存储器单元使用例本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种包括多个存储器单元的存储器器件，每个存储器单元包括：多栅极铁电栅场效应晶体管(FeFET)，包括：第一源极/漏极端子；第二源极/漏极端子；以及栅极，包括多个铁电层，所述铁电层被配置为使得所述铁电层中的每个具有相应的唯一切换电场。2.根据权利要求1所述的存储器器件，其中，所述铁电层中的每个具有不同的表面积。3.根据权利要求1所述的存储器器件，其中，所述铁电层中的每个具有不同的介电常数。4.根据权利要求1所述的存储器器件，其中，所述铁电层处于堆叠布置中。5.根据权利要求4所述的存储器器件，还包括：导电缓冲层或非导电层，位于所述铁电层中的相邻铁电层之间。6.根据权利要求1所述的存储器器件，其中，所述铁电层串联电连接。7.根据权利要求1所述的存储器器件，其中，所述多个铁电层包括N个铁电层，其中，N是正整数，并且其中，所述FeFET具有2N个阈值电压(Vt)电平。8.根据权利要求1所述的存储器器件，其中，所述多个铁电层包括后道工序(BEOL)铁电栅极结构，并且其中，所述存储器器件还包括：衬底，限定具有第一掺杂类型的第一源极/漏极区和第二源极/漏极区、以及位于所述第一源极/漏极区与第二源极/漏极区之间的具有与所述第一掺杂类型相反的第二掺杂类型的沟道区；以及栅极金属层，在所述衬底上方...

【专利技术属性】
技术研发人员：喻鹏飞，
申请(专利权)人：台湾积体电路制造股份有限公司，
类型：发明
国别省市：