混合存储器件及其控制方法、制备方法技术

本发明专利技术公开了一种混合存储器件及其控制方法、制备方法。该混合存储器件包括：铁电存储单元；及形成于铁电存储单元的漏极之上的阻变存储单元；混合存储器件在两种存储模式间切换：在第一种存储模式中，阻变存储单元作为存储模块，铁电存储单元作为选通模块；在第二种存储模式中，阻变存储单元处于低阻态，铁电存储单元作为存储模块。本发明专利技术综合利用了FeRAM存储方式和RRAM存储方式的优点，在单块芯片上实现了两种不同的存储方式，从而可以满足不同方式的存储需要。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及微电子行业存储器
，尤其涉及一种可以实现两种存储方式-铁电存储方式和阻变存储方式相结合的。
技术介绍
目前的半导体存储器市场，以挥发性的动态随机存储器(DRAM)和静态随机存储器(SRAM)及非挥发性的“闪存”存储器(Flash)为代表。随着移动存储设备、手机通信设备以及数码相机等各种便携式数码产品的发展与普及，市场对非易失性数据存储的需求进一步增加，为了提高存储密度和数据存储可靠性，基于传统浮栅结构的Flash存储器正面临着严峻挑战。为此，业界对下一代非挥发性半导体存储器技术进行了大量的研究，多种新型存储器技术得到了飞速发展。如铁电存储器和阻变存储器是目前最具有代表性的两个研究方向。铁电存储器是利用铁电体的铁电效应来实现信息存储的。图1A为现有技术铁电存储器第一状态的结构示意图。图1B为现有技术铁电存储器第二状态的结构示意图。如图1A及IB所示，铁电存储器包括:硅衬底101 ;源端102 ;漏端103，氧化硅层104 ;铁电存储层105，电极106。图1A中正向的剩余极化代表二进制存储中的“I”信息(如图1A所示)。图1B中反向的剩余极化代表二进制存储中的“O”信息(如图1B所示)。铁电存储器的工作原理如下:利用铁电薄膜取代常规场效应晶体管中的栅介质层，通过栅极极化状态实现对源-漏电流的调制，使沟道导通或关闭来实现对信息的存储与读取。铁电存储器具有低压、低功耗和快速的写入特性，可靠性(如:耐久性> IO12个周期)，使得FeRAM成为便携式系统和智能卡的理想存储技术，但由于基于电容电荷的信号会随着技术节点的减小而变弱，这使得高密度大容量铁电存储器很难制造。同时基于阻变材料的阻变存储器也被广泛地研究，阻变存储器件RRAM主要是利用某些薄膜材料在电激励的作用下会出现不同电阻状态(高、低阻态)的转变现象来进行数据的存储。目前RRAM的存储单元结构主要是一个晶体管一个RRAM(ITIR)或一个晶体管η个RRAM(ITnR)和一个二极管一个RRAM(IDIR)结构。而在本专利技术中，选择ITnR结构。图2Α为现有技术阻变存储器的结构示意图。如图2Α所示，阻变存储器包括:衬底201，下电极202，阻变层203，上电极204。阻变存储器可以为单极器件，双极器件或无极器件，其中，单极器件可以在单一方向的偏压下实现电阻的高低转变，而双极器件需要在不同方向的偏压下实现电阻的高低转变，无极器件指的是可以在任一方向的偏压下实现电阻的高低转变。图2Β为现有技术单极阻变存储器件的工作原理示意图。如图2Β所示，205为SET过程，206为RESET过程，207为限流过程。图2C为现有技术双极阻变存储器件的工作原理示意图。如图2C所示，208为SET过程，209为RESET过程。具体的:写I时，施加SET电压使其转变为低阻态，写O时施加RESET电压使其转变为高阻态，读取时施加读电压(一般都很小，在0.2v左右)。研究发现RRAM具有写入电压低，写入擦除时间短，非破坏性读取，结构简单，所需面积小等优点，而且因为它的高速，也可以代替传统的DRAM，因此RRAM已经被越来越多的人所关注。在系统级芯片(System on a Chip，简称Soc)领域中，存储体系上包括SRAM、DRAM、Flash等存储结构，而DRAM、Flash都需要不同的工艺流程，成本很高，致使Soc的成本很难降低。在实现本专利技术的过程中，申请人意识到现有技术存在如下技术缺陷:传统的存储阵列只能实现一种存储方式，不能根据用户需要灵活选择。
技术实现思路
(一 )要解决的技术问题为解决上述的一个或多个问题，本专利技术提供了一种结合铁电存储器的高可靠性和阻变存储器的高密度设计出一种，以实现存储方式的灵活选择。(二)技术方案根据本专利技术的一个方面，提供了一种混合存储器件。该混合存储器件包括:铁电存储单元；及形成于铁电存储单元的漏极之上的阻变存储单元；铁电存储单元的栅极作为混合存储器件的字线；阻变存储单元的下电极与铁电存储单元的漏极相连接，阻变存储单元的上电极作为混合存储器件的位线；混合存储器件在两种存储模式间切换:在第一种存储模式中，阻变存储单元作为存储模块，铁电存储单元作为选通模块；在第二种存储模式中，阻变存储单元处于低阻态，铁电存储单元作为存储模块。根据本专利技术的再一个方面，还提供了一种混合存储器件的控制方法，用于控制上述的混合存储器件，包括:根据在混合存储器件的字线和位线的电压和方向，确定该混合存储器件处于第一种存储模式或第二种存储模式，及在确定的存储模式下的编程、擦除或读取操作。根据本专利技术的又一个方面，还提供了一种混合存储器件的制备方法，用于制备上述的混合存储器件，包括:在半导体衬底上形成浅槽隔离；在形成浅槽隔离的半导体衬底上依次沉积铁电存储单元的氧化层、铁电存储层和电极材料层；对电极材料层、铁电存储层和氧化层进行刻蚀，并在刻蚀之后露出的衬底处进行掺杂，形成铁电存储单元的源极和漏极；在铁电存储单元的漏极上依次沉积阻变存储单元的下电极层、阻变存储层和上电极层。(三)有益效果本专利技术综合利用了 FeRAM存储方式和RRAM存储方式的优点，在单块芯片上实现了两种不同的存储方式，从而可以满足不同方式的存储需要，提高了性能，降低了成本，而且它的制备过程与传统的微电子工艺相兼容，利于广泛推广和应用。附图说明图1A为现有技术铁电存储器第一状态的结构示意图；图1B为现有技术铁电存储器第二状态的结构示意图；图2A为现有技术阻变存储器的结构示意图；图2B为现有技术单极阻变存储器件的工作原理示意图2C为现有技术双极阻变存储器件的工作原理示意图；图3A为本专利技术实施例混合存储器件的连接关系示意图；图3B为本专利技术实施例混合存储器件的结构示意图；图4为本专利技术实施例混合存储器件控制方法的流程图；图5为多个本专利技术实施例混合存储器件组成存储阵列的示意图；图6为本专利技术实施例混合存储器件制备方法的流程图。具体实施例方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本专利技术进一步详细说明。虽然本文可提供包含特定值的参数的示范，但应了解，参数无需确切等于相应的值，而是可在可接受的误差容限或设计约束内近似于所述值。在本专利技术的一个示例性实施例中，提出一种混合存储器件。图3A为本专利技术实施例混合存储器件的连接关系示意图。如图3A所示，本实施例混合存储器件包括:阻变存储单元(RRAM单元)和铁电存储单元(FeRAM单元)；RRAM单元形成于FeRAM单元的漏极之上。其中，混合存储子单元可在两种存储模式间切换=RRAM单元作为存储模块，FeRAM单元作为选通模块；或RRAM单元处于低阻态，FeRAM单元作为存储模块。图3B为本专利技术实施例混合存储器件的结构示意图。以下结合图3B，分别对FeRAM单兀和RRAM单兀进行介绍。铁电存储单兀可以为MFIS(metal-ferroelectric-1nsulator-silicon)结构或者 MFMIS(metal-ferroelectric-metal-1nsulator-silicon)结构。如图3B所示，FeRAM单元包括:衬底；源极301和漏极302，形成于衬底沟道区的两侧；氧化硅层、铁电存储层、电极层( 共同标记为30本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种混合存储器件，其特征在于，包括：铁电存储单元；及形成于所述铁电存储单元的漏极之上的阻变存储单元；所述混合存储器件在两种存储模式间切换：在第一种存储模式中，所述阻变存储单元作为存储模块，所述铁电存储单元作为选通模块；在第二种存储模式中，所述阻变存储单元处于低阻态，所述铁电存储单元作为存储模块。

【技术特征摘要】
1.一种混合存储器件，其特征在于，包括:铁电存储单元；及形成于所述铁电存储单元的漏极之上的阻变存储单元； 所述混合存储器件在两种存储模式间切换:在第一种存储模式中，所述阻变存储单元作为存储模块，所述铁电存储单元作为选通模块；在第二种存储模式中，所述阻变存储单元处于低阻态，所述铁电存储单元作为存储模块。2.根据权利要求1所述的混合存储器件，其特征在于，所述铁电存储单元为MFIS结构或者MFMIS结构，其包括: 衬底； 源极和漏极，形成于所述衬底沟道区的两侧； 氧化硅层、铁电存储层、电极层，依次形成与所述衬底沟道区的上方。3.根据权利要求2所述的混合存储器件，其特征在于，所述铁电存储单元中铁电存储层的材料选自以下材料中的至少一种=PbTiO3 ;Pb (Zr1-Jix)O3,其中O < X < I ；SrTiO3 ；LiNbO3 ;Bi4Ti3012 ;BaTi03。4.根据权利要求1所述的混合存储器件，其特征在于:所述阻变存储单元为单极器件、双极器件或无极器件，其包括: 下电极，形成于所述铁电存储单元的漏极上方； 阻变存储层，形成于所述下电极的漏极上方； 上电极，形成与所述铁电存储层的上方。5.根据权利要求4 所述的混合存储器件，其特征在于，所述阻变存储单元中阻变存储层的材料选自以下材料中的至少一种:SrTi03、SrZr03、LiNb03、BaTiO3> ZrO2, Nb2O5, Ta2O5,A1203、CoO、VO2, ZnO, SiO2, W03、AIDCN、PVK, PS。6.根据权利要求1至5中任一项所述的混合存储器件，其特征在于， 所述铁电存储单元的栅极作为所述混合存储器件的字线； 所述阻变存储单元的下电极与所述铁电存储单元的漏极相连接，所述阻变存储单元的上电极作为混合存储器件的位线。7.一种混合存储器件的控制方法，其特征在于，用于控制权利要求6所述的混合存储器件，包括: 根据在所述混合存储器件的字线和位线的电压和方向，确定该混合存储器件处于第一种存储模式或第二种存储模式，及在确定的存...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘明，许中广，霍宗亮，朱晨昕，谢常青，
申请(专利权)人：中国科学院微电子研究所，
类型：发明
国别省市：