[发明专利]包括具有负电容的铁电层的非易失性存储器装置

说明书

包括具有负电容的铁电层的非易失性存储器装置。根据本公开的一个方面的非易失性存储器装置包括：基板，其具有沟道层；栅极介电层结构，其设置在沟道层上；铁电层，其设置在栅极介电层结构上；以及栅电极层，其设置在铁电层上。栅极介电层结构具有正电容。铁电层具有负电容。栅极介电层结构包括设置在沟道层上的电荷隧穿层、电荷俘获层和电荷屏障层。

技术领域

本公开总体上涉及非易失性存储器装置，更具体地，涉及包括具有负电容的铁电层的非易失性存储器装置及其制造方法。

背景技术

随着半导体装置集成度的提高，产生的热量的适当散发变得更加重要。研究人员一直致力于寻找通过降低半导体的操作电压和功耗来减少热量产生的巧妙方法。此外，即使对于存储器装置而言，存储器单元和外围电路的尺寸也在持续减小以适应整体设计规则。因此，有必要降低在存储器装置操作期间施加到存储器装置的操作电压，以使存储器装置的各种电路能够承受所施加的操作电压，并适当地散发所产生的热量。

同时，近年来广泛使用的存储器装置的示例包括采用电荷隧穿层、电荷俘获层和电荷屏障层的三层层叠结构作为栅极介电层结构的晶体管型(transistor type)非易失性存储器装置。非易失性存储器装置可以执行将电荷从基板引入电荷俘获层的操作(编程操作)或者擦除电荷俘获层的电荷的操作(擦除操作)。电荷俘获层通过引入的电荷的非易失性存储来执行存储器功能。非易失性存储器装置能够实现为三维“NAND”型结构，其中多个单元晶体管彼此连接并且具有串的形状。

发明内容

本公开的实施方式提供了能够降低外部施加到栅电极层的操作电压的非易失性存储器装置。

根据本公开的一个方面的非易失性存储器装置包括：基板，其具有沟道层；栅极介电层结构，其设置在沟道层上；铁电层，其设置在栅极介电层结构上；以及栅电极层，其设置在铁电层上。栅极介电层结构具有正电容。铁电层具有负电容。栅极介电层结构包括设置在沟道层上的电荷隧穿层、电荷俘获层和电荷屏障层。

根据本公开的另一方面的非易失性存储器装置包括：基板；电极层叠结构，其设置在基板上；沟槽，其穿透电极层叠结构并且暴露栅电极层和层间绝缘层的侧壁表面；铁电层，其被设置为沿着沟槽的内壁面覆盖层间绝缘层和栅电极层；栅极介电层结构，其设置在铁电层上；以及沟道层，其设置在栅极介电层结构上。栅极介电层结构具有正电容。铁电层具有负电容。电极层叠结构包括在垂直于基板的方向上交替层叠的至少一个栅电极层和至少一个层间绝缘层。栅极介电层结构包括设置在沟道层上的电荷隧穿层、电荷俘获层和电荷屏障层。

附图说明

图1是示意性地示出根据本公开的一个实施方式的非易失性存储器装置的截面图。

图2是示出具有正电容的栅极介电层结构的极化与电压的关系的曲线图。

图3是示出具有负电容的栅极介电层结构的极化与电压的关系的曲线图。

图4是其中栅极介电层结构和铁电层在根据本公开的一个实施方式的非易失性存储器装置中作为电容器串联连接的电路图。

图5是示意性地示出根据本公开的一个实施方式的非易失性存储器装置的电路图。

图6A是示意性地示出根据本公开的一个实施方式的非易失性存储器装置的截面图，图6B是图6A中所示的区域“A”的放大图，并且图6C是图6A中所示的区域“B”的放大图。

具体实施方式

下面将参照附图描述本发明的各种实施方式。在附图中，为了清楚的图示，可能夸大层和区域的尺寸。总体上，从观察者的视点描述附图。如果一个元件被称为位于另一元件“上”或“之下”，则可以理解成该元件直接位于另一元件“上”或“之下”，或者可以在该元件和另一元件之间插置有一个附加元件。附图中相同的附图标记在每个附图中表示基本相同的元件。