存储器单元、电容存储器结构及其方法技术

根据各个方面，提供了一种存储器单元，该存储器单元包括：第一电极；第二电极；以及设置在第一电极与第二电极之间的存储器层，其中存储器层包括具有第一氧空位浓度的第一存储器部分和具有不同于第一氧空位浓度的第二氧空位浓度的第二存储器部分。位浓度的第二存储器部分。位浓度的第二存储器部分。

【技术实现步骤摘要】
存储器单元、电容存储器结构及其方法


[0001]各个方面涉及一种存储器单元及其方法，例如一种用于处理存储器单元的方法。

技术介绍

[0002]总体上，在半导体行业中已经开发了各种计算机存储器技术。计算机存储器的基本构建块可被称为存储器单元。存储器单元可以是被配置为(例如，按位)存储至少一条信息的电子电路。作为示例，存储器单元可具有表示例如逻辑“1”和逻辑“0”的至少两个存储器状态。通常，信息可保持(存储)在存储器单元中，直至例如以受控方式修改存储器单元的存储器状态为止。可通过确定存储器单元处于哪个存储器状态来获得存储器单元中存储的信息。目前，可使用各种类型的存储器单元来存储数据。例如，存储器单元的类型可包括铁电材料薄膜，其极化状态可以以受控方式改变，从而例如以非易失性方式将数据存储在存储器单元中。存储器单元可与一个或多个逻辑电路一起集成在例如晶圆或芯片上。
附图说明
[0003]在附图中，相同的附图标记在不同视图中通常表示相同的部分。附图不一定按比例绘制，而是将重点通常放在示出本专利技术的原理上。在以下描述中，参考以下附图描述本专利技术的各个方面，其中：
[0004]图1示意性地示出根据各个方面的场效应晶体管结构；
[0005]图2示意性地示出根据各个方面的存储器单元的等效电路图；
[0006]图3A至图3E各自示意性地示出根据各个方面的存储器单元；
[0007]图4A示意性示出根据各个方面的存储器单元；
[0008]图4B至图4D各自示出根据各个方面的与氧空位轮廓相关联的曲线图；
[0009]图5A至图5D各自示意性示出根据各个方面的存储器单元；
[0010]图6示出根据各个方面的形成存储器单元的方法的示意性流程图；和
[0011]图7示出根据各个方面的形成存储器单元的方法的示意性流程图。
具体实施方式
[0012]下面的详细描述参考附图，这些附图通过说明的方式示出可实施本专利技术的具体细节和方面。这些方面被足够详细地描述以使本领域技术人员能够实践本专利技术。在不脱离本专利技术的范围的情况下，可利用其他方面并可进行结构、逻辑和电气改变。各个方面不一定是相互排斥的，因为一些方面可与一个或多个其他方面结合以形成新的方面。结合方法描述了各个方面，并且结合器件(例如，存储器单元或存储器电容器)描述了各个方面。然而，可理解，结合方法描述的方面可类似地应用于器件，反之亦然。
[0013]术语“至少一个”和“一个或多个”可理解为包括大于或等于一的任何整数，即一、二、三、四、[
……
]等。术语“多个”或“多重”可理解为包括大于或等于二的任何整数，即二、三、四、五、[
……
]等。
[0014]关于一组元素，短语“至少一个”在本文中可用于表示来自由这些元素组成的组中的至少一个元素。例如，关于一组元素，短语“至少一个”在本文中可用于表示以下选择：所列举的元素之一、多个所列举的元素之一、多个单独的所列举的元素或多个所列举的元素的倍数。
[0015]在半导体行业中，非易失性存储器技术的集成可用于诸如微控制器(MCU)等片上系统(SoC)产品。根据各个方面，非易失性存储器可被集成在处理器的处理器核附近。作为另一示例，一个或多个非易失性存储器可用作大容量存储器件的一部分。在一些方面中，非易失性存储器技术可基于至少一个场效应晶体管(FET)结构。在一些方面中，存储器单元可包括场效应晶体管结构和耦合至场效应晶体管结构的栅极电极的电容存储器结构(在本文中也被称为存储器电容器)。存储在电容存储器结构中的电荷量会影响场效应晶体管结构的一个或多个阈值电压。场效应晶体管结构的一个或多个阈值电压可限定存储器单元所处于的存储器状态。在一些方面中，电容存储器结构可以是耦合至场效应晶体管结构的栅极电极的铁电电容器结构(FeCAP)，以提供铁电场效应晶体管(FeFET)结构。由于铁电材料可以具有至少两个稳定的极化状态，因此它可用于以非易失性方式转换场效应晶体管的阈值电压；因此，铁电材料可用于将场效应晶体管转变为基于非易失性场效应晶体管的存储器结构。铁电材料可将铁电电容器结构转变为基于非易失性电容器的存储器结构，例如，通过控制存储在电容器结构中的电荷量。在其他方面中，非易失性存储器技术可基于至少一种电容存储器结构。电容存储器结构可以是或可包括铁电电容器结构。存储在电容存储器结构中的电荷量可由合适的电子读取电路读出，例如通过电荷电压转换器，通过确定电容存储器结构的切换电流。
[0016]掺杂或取代的氧化铪(HfO2)、掺杂或取代的氧化锆(ZrO2)或更一般地，过渡金属氧化物(TMO)及其混合物在特定工艺条件下可能表现出大的剩余极化(例如，Hf
0.5
Zr
0.5
O2可以具有强铁电特性)。已知这些TMO的电学特性，更具体地说，铁电或极化特性强烈依赖于材料的化学计量和/或亚化学计量，特别是依赖于薄膜中存在的氧空位(V
O
)的量。氧空位可以理解为在某个晶格格位处缺少氧原子。氧空位可以具有非常高的浓度，例如在10
20
cm
‑3到10
22
cm
‑3的范围内的浓度。已知氧空位以各种方式影响晶体，例如通过诱导晶格变形和不同晶相的稳定，或者通过诱导缺陷偶极子的形成。薄膜的铁电性可以受到界面处氧空位积累的影响。
[0017]氧空位常常可以是由处理条件引起的，或者是由于存储器单元中绝缘体附近(例如，极化材料附近)的电极清除氧。作为示例，在物理气相沉积期间，氧化铪的铁电特性可以受到氧流的影响。作为另一个示例，氧化铪的铁电特性可以受到臭氧脉冲时间的影响。作为另一个示例，Si
‑
Al掺杂可以在支持晶相形成的膜中引入应力。在膜附近或在膜内部的模板层或清除元素可以用于在膜中提供晶体织构、界面减少和/或单晶性。空位的形成可能因此得不到适当的控制，并且可以导致存储器膜中不受控制的改变(例如，可以导致材料极化性的变化)。例如，在RRAM的制造中，可以控制绝缘膜内部的氧空位，然而目的是通过氧空位形成从顶部电极到底部电极的导电路径，这在基于剩余极化的存储器单元中反而是要避免的，因为这将导致漏电流增加，这可能使存储器单元的数据保持能力衰退。
[0018]各个方面可以基于提供包括存储器层的存储器单元，其中以受控的方式提供(例如引入)氧空位，以积极地影响存储器单元的存储器特性(例如，以增加存储器层的极化率，
以促进极化状态的切换，以例如提供更快的切换)。在一些方面，电偶极子可以在特定位置形成。在一些方面，可以控制电容器结构中氧空位的移动。在各个方面，氧空位的定位可以支持剩余极化晶体结构的形成。
[0019]根据各个方面，存储器单元的存储器层可包括极化材料或可由其制成，例如，自发极化材料(诸如反铁电和/或铁电材料，作为示例)。反铁电材料可能在(电压相关)极化中表现出滞后现象，然而，在反铁电材料上未发生电压降的情况下，没有或基本没有剩余的剩余极化。铁本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种存储器单元，包括：第一电极；第二电极；和设置在所述第一电极与所述第二电极之间的存储器层，其中所述存储器层包括具有第一氧空位浓度的第一存储器部分和具有不同于所述第一氧空位浓度的第二氧空位浓度的第二存储器部分。2.根据权利要求1所述的存储器单元，其中所述第二氧空位浓度比所述第一氧空位浓度大至少10倍。3.根据权利要求1所述的存储器单元，其中所述第一氧空位浓度或所述第二氧空位浓度中的至少一者大于10
20
空位/cm3。4.根据权利要求1所述的存储器单元，其中所述第一存储器部分包括或由具有第一氧含量的第一材料组成，并且所述第二存储器部分包括或由具有小于所述第一氧含量的第二氧含量的第二材料组成。5.根据权利要求4所述的存储器单元，其中所述第一材料包括彼此处于第一化学计量关系的氧和金属，并且其中所述第二材料包括彼此处于第二化学计量关系的氧和金属，所述第一化学计量关系不同于所述第二化学计量关系。6.根据权利要求1所述的存储器单元，其中所述第一存储器部分的宽度大于5nm，并且其中所述第一存储器部分的厚度在大约0.1nm至大约5nm的范围内，并且其中所述第二存储器部分的宽度大于5nm，所述第二存储器部分的厚度在大约0.1nm至大约5nm的范围内。7.根据权利要求1所述的存储器单元，还包括具有第三氧空位浓度的第三存储器部分，其中所述第三氧空位浓度等于所述第一氧空位浓度或所述第二氧空位浓度中的一者。8.根据权利要求7所述的存储器单元，还包括具有第四氧空位浓度的第四存储器部分，其中所述第四氧空位浓度等于所述第一氧空位浓度或所述第二氧空位浓度中的另一者。9.根据权利要求1所述的存储器单元，其中所述第一存储器部分包括具有第一晶体结构的材料，并且所述第二存储器部分包括具有第二晶体结构的材料，其中所述第一晶体结构在晶格中氧空位的数量方面不同于所述第二晶体结构。10.根据权利要求1所述的存储器单元，其中所述存储器层是剩余极化的或自发极化的。11.根据权利要求1所述的存储器单元，其中所述第一存储器部分和/或所述第二存储器部分的材料包括以下材料中的至少一者作为主要组分：氧化铪，氧化锆，<...

【专利技术属性】
技术研发人员：S，
申请(专利权)人：铁电存储器股份有限公司，
类型：发明
国别省市：