[发明专利]使用阈值可调整竖直晶体管的内容可寻址存储器及其形成方法

说明书

提供一种内容可寻址存储器单元阵列，其包含沿着第一轴线平行的多条匹配线、沿着第一轴线平行的多条接地线、基本上垂直于所述第一轴线平行安置的多条搜寻线，且每个内容可寻址存储器元件均安置于所述匹配线中对应的一条匹配线与所述接地线中对应的一条接地线之间并各自耦合到所述搜寻线中对应的一条搜寻线，其中内容可寻址存储器元件包括竖直晶体管，所述竖直晶体管包括栅极氧化物，所述栅极氧化物包括铁电材料。

背景技术

本申请涉及用于非易失性数据存储装置的技术。具体地说，本申请涉及内容可寻址存储器(CAM)单元和包含竖直晶体管的存储器阵列。

半导体存储器广泛用于各种电子装置中，例如移动计算装置、移动电话、固态驱动器、数码相机、个人数字助理、医用电子装置、服务器，和非移动计算装置。半导体存储器可包含非易失性存储器或易失性存储器。非易失性存储器装置甚至在非易失性存储器装置未连接到电源(例如，电池)时允许存储或保存信息。

非易失性存储器的实例包含快闪存储器(例如，NAND型和NOR型快闪存储器)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、铁电存储器(例如，FeRAM)、磁阻存储器(例如，MRAM)、相变存储器(例如，PRAM)，和可逆电阻率切换存储器(ReRAM)。近年来，非易失性存储器装置已经进行缩放以降低每一位的成本。然而，随着过程几何形状的缩小，提出了许多设计和过程挑战。

附图说明

图1A描绘存储器系统和主机的实施例。

图1B描绘存储器核心控制电路的实施例。

图1C描绘存储器核心的实施例。

图1D描绘存储器架间格的实施例。

图1E描绘存储器块的实施例。

图1F描绘存储器架间格的另一实施例。

图2A描绘单片三维存储器阵列的一部分的实施例。

图2B描绘铁电场效应晶体管的示例电特性。

图2C到2E描绘图2A的存储器阵列的分别第一存储器层级、第二存储器层级和第三存储器层级的实施例。

图2F到2H描绘图2C的第一存储器层级的第一行、第二行和第三行的实施例的透视图。

图3A到3C描绘单片三维存储器阵列的实施例的各种视图。

图4A1到4K4为在图3A到3C的存储器阵列的示例制造期间衬底的一部分的横截面图。

具体实施方式

描述竖直单一晶体管(1T)CAM存储器元件、竖直1T存储器元件的CAM存储器阵列，和竖直1T存储器元件的单片三维CAM存储器阵列。具体地说，描述包含竖直晶体管的CAM存储器元件，所述竖直晶体管具有包含铁电材料的栅极氧化物。在一实施例中，铁电材料包含氧化铪。

在一个实施例中，非易失性CAM存储系统可包含非易失性存储器单元的一个或多个二维阵列。二维存储器阵列内的存储器单元可形成单层存储器单元且可经由X和Y方向上的控制线(例如，匹配线、接地线和搜寻线)选择。在另一实施例中，非易失性CAM存储系统可包含一个或多个单片三维存储器阵列，其中两个或多于两个存储器单元层可形成于单一衬底上方而不具有任何介入衬底。在一些情况下，三维存储器阵列可包含位于衬底上方且正交于衬底的存储器单元的一个或多个竖直列。

在一些实施例中，非易失性CAM存储系统可包含非易失性存储器，其整体形成于具有安置于硅衬底上方的有源区的存储器单元阵列的一个或多个物理层级中。非易失性存储系统还可包含与存储器单元的操作相关联的电路(例如，用于控制存储器单元的读取、编程或搜寻的解码器、状态机、页面寄存器或控制电路)。与存储器单元的操作相关联的电路可位于衬底上方或位于衬底内。