[发明专利]包括基于埋置铁电材料的储存机制的非易失性晶体管元件

说明书

本披露涉及包括基于埋置铁电材料的储存机制的非易失性晶体管元件，其提供储存元件，例如储存晶体管，其中，基于在SOI晶体管架构的埋置绝缘层中所形成的铁电材料提供至少一个储存机制。在另外的示例实施例中，在该栅极电极结构中实施一个另外的储存机制，以提供增加的总体信息密度。在一些示例实施例中，该栅极电极结构中的该储存机制以铁电材料形式提供。

技术领域

本披露通常涉及利用铁电材料的特性在电路元件例如场效应晶体管中设置非易失性储存机制(non-volatile storage mechanism)的技术。

背景技术

在许多类型的电子组件中，可能必须实施数据储存技术以保证相应技术系统的正常功能。例如，在许多应用中，必须处理并因此储存不同类型的信息，其通常基于数字数据实施。基本的信息实体可被视为如下实体：能够呈现不同的逻辑状态，从而在硬件中的相应逻辑状态的实施需要能够“占据”相应不同的物理状态例如不同的电压状态、电流状态等的合适电子配置，其相应地可适当地与该相应逻辑状态关联。

因此，当提供合适的电子架构时，可有效检测这些不同的物理状态(在复杂集成电路中主要以不同的电子状态形式实施)，以允许可靠地检测相应不同的特性，例如电容器的电荷状态，相应导体例如场效应晶体管的沟道区中的电流量等。因此，当适当操控相应电子特性例如电荷状态、电流驱动能力等时，可将相应电子状态以及因此逻辑状态编程于下方电子结构中，其中，依据基本电子结构的总体配置，该相应电子特性以及因此该逻辑状态可经编程以永久储存，也就是，在关闭电源供应并向相应结构重新供电以后，该相应电子特性可被有效恢复，而在其它情况下，该相应电子特性以及因此与其关联的逻辑状态仅可在供应电压存在时获得，而在关闭该供应电压时，相应信息可能丢失。前面的储存机制也可被称为“非易失性”，而在本申请的上下文中，此术语可主要用以说明储存机制，与信息的相应编程可能是基于在基本不可逆的过程基础上实施的一次性程序的机制相比，该“非易失性”储存机制还可允许经常性地重新编程相应储存机制。为实施如上所定义的非易失性储存机制以及易失性储存机制，多种多样的电子配置例如寄存器、储存单元、储存晶体管等为现有技术所熟知，其中，各种类型的储存结构可呈现特定的操作优点及缺点。

例如，若要在电子装置例如电脑、微处理器等中临时储存大量数据，则可能需要频繁访问该数据。如果极高的访问速度不是最优先的，则可能经常使用所谓的“动态存储器”，该动态存储器可被有效实施为需要单个储存电容器及一个晶体管以实现单位信息的集成电路区域。在此方面，单位信息将被理解为能够假定两种不同的电子状态的任意电子机制，该两种不同的电子状态相应地与两种不同的逻辑状态关联。由于在相应储存电容器中的电荷必须定期刷新的事实，且由于需要在编程相应储存电容器时迁移较高的电荷量，因此与所谓的“静态存储器结构”相比，可实现的延迟较大。在这些静态存储器结构中，特定的逻辑状态可由电路元件例如晶体管的导电状态确定，且该逻辑状态的变化通过改变该电路元件的状态实施，从而实现基本上由相关电路元件的开关时间确定的延迟。因此，在此情况下，静态存储器单元的逻辑状态的改变可在所考虑的技术节点的相应晶体管元件的开关时间的量级上实施。尽管上述储存技术可代表容易实施于任意类型的集成电路中的高效机制，但由于此机制的易失性本质而使数据储存被限制于向装置供应电压的次数，因为任何信息都在切断该供应电压时丢失。

由于逻辑状态的永久储存(结合其可编程能力)常常是必要的，因此已开发许多非易失性数据储存技术，其中，尤其，基于磁储存装置的许多大容量储存系统、光储存技术等由于在硬件及软件方面尤其是较长的访问时间方面的大量开销而可能不与多个应用兼容。因此，为实施非易失性储存机制已作了大量的努力，以补充或替代时间效率较低的储存结构。例如，可使用快闪存储器作为非易失性储存结构，其中，在晶体管配置中使用具有可被动态重新配置的可能性的经适当设计的电容结构，以专门影响晶体管特性，例如阈值(threshold)电压等。