[发明专利]使用垂直型鳍式场效晶体管的超高密度随机存储器架构

说明书

本发明公开了一种使用垂直型鳍式场效晶体管的超高密度随机存储器架构，包括：以垂直叠加的形式生成的第一半导体区域、第二半导体区域和第三半导体区域；在第三半导体区域正上方邻接地形成有漏极，在第一半导体区域正下方邻接地形成有源极，鳍式栅极以部分地环绕第二半导体区域的方式形成在第二半导体区域周围；其中鳍式栅极与第二半导体区域经由氧化物绝缘物隔开；第一半导体区域和第三半导体区域具有第一掺杂类型，第二半导体区域具有第二掺杂类型。

技术领域

本发明涉及存储器领域，尤其涉及一种使用垂直型鳍式场效晶体管的超高密度随机存储器架构。

背景技术

随着大数据时代的来临，数据存储器的需求迎来了爆发式增长。在中国，高速发展的半导体产业对存储器的对外依赖，已经严重影响国家高科技的发展。

DRAM(Dynamic Random Access Memory)也称动态随机存取存储器,是最为常见的系统内存,具有高速度(读写速度:50ns)，大容量(1GB)的特性。DRAM的内部结构可以说是电子芯片中最简单的，是由许多重复的“单元”组成，每一个单元由一个电容和一个晶体管(一般是N沟道MOSFET)构成，电容可储存1位(bit)数据量，充放电后电荷的多少(电势高低)分别对应二进制数据0和1。由于电容会有漏电现象，因此过一段时间之后电荷会丢失，导致电势不足而丢失数据，因此必须经常进行充电保持电势，这个充电的动作叫做刷新，因此动态存储器具有刷新特性，这个刷新的操作一直要持续到数据改变或者断电。

除了DRAM以外，近年来出现的几种新型的随机存取存储器，将记忆电容用一个可变电阻替代的RRAM,通过控制材料相变的PRAM,特别是用磁性隧道结(MTJ)的磁性随机存储器(MRAM)。近年来，采用磁性隧道结(MTJ)的MRAM被人们认为是未来的固态非易失性记忆体，它具有高速读写、大容量以及低能耗的特点。铁磁性MTJ通常为三明治结构，其读写中有磁性记忆层它可以改变磁化方向以记录不同的数据；位于中间的绝缘的隧道势垒层；磁性参考层，位于隧道势垒层的另一侧，它的磁化方向不变。为能在这种磁电阻元件中记录信息，建议使用基于自旋动量转移或称自旋转移矩(STT，Spin Transfer Torque)转换技术的写方法，这样的MRAM称为STT-MRAM。根据磁极化方向的不同，STT-MRAM又分为面内STT-MRAM和垂直STT-MRAM(即pSTT-MRAM)，后者有更好的性能。依此方法，即可通过向磁电阻元件提供自旋极化电流来反转磁性记忆层的磁化强度方向。此外，随着磁性记忆层的体积的缩减，写或转换操作需注入的自旋极化电流也越小。因此，这种写方法可同时实现器件微型化和降低电流。

上述各种随机存取存储器(DRAM、RRAM、PRAM、MRAM)的制作过程中，进一步缩小存储器尺寸的关键之一是CMOS场效应三极管(FET)的小型化。对于FET，它的电流曲线与漏-源(D-S)之间的沟道,即栅(G)极下面的尺寸(LENGTH)成反比，要得到一个较大的电流(例如在MRAM的情况)，沟道长度需要进一步缩短。而一般常规的的FET结构，漏-源-栅(D-G-S)是并排放置在n+/p/n+串联半导体薄膜的同一侧，其尺寸是不可能任意缩小的。所以需要寻找新的FET的结构部局，以达到缩小整个记忆芯片尺寸的目的。

发明内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种通用随机存储器(RAM)的垂直型鳍式场效晶体管(vFinFET)的小型化新型架构，特别是通过使用磁性隧道结(MTJ)替代DRAM中的记忆电容，制作一种高速度、大容量、非忆失型的新型磁性随机存储器MRAM。

为实现上述目的，本发明提供了一种使用垂直型鳍式场效晶体管的超高密度随机存储器架构，包括：以垂直叠加的形式生成的第一半导体区域、第二半导体区域和第三半导体区域；在第三半导体区域正上方邻接地形成有漏极，在第一半导体区域正下方邻接地形成有源极，鳍式栅极以部分地环绕第二半导体区域的方式形成在第二半导体区域周围；其中鳍式栅极与第二半导体区域经由氧化物绝缘物隔开；第一半导体区域和第三半导体区域具有第一掺杂类型，第二半导体区域具有第二掺杂类型。