[发明专利]一种铁电存储单元

说明书

一种铁电存储单元，包括：铁电栅场效应晶体管和选通管(11)，铁电栅场效应晶体管包括：衬底(1)，衬底(1)的源区设置有漏电极(10)和源电极(9)；在衬底(1)的绝缘区上依次垂直延伸有栅绝缘层(4)、浮栅电极层(5)、铁电层(6)、控制栅电极层(7)；选通管(11)设置在浮栅电极(5)和源电极(9)之间；当控制栅电极层(7)进行擦写工作时，选通管(11)打开并接地，防止电荷从衬底(1)隧穿进入栅绝缘层(4)和铁电层(6)，避免信号写入和擦除动作过程中绝缘层承载较大的电压降，从而减小铁电层存储信号改变过程中导致的电子隧穿失效影响，提高铁电栅场效应晶体管的可靠性。

技术领域

本发明涉及铁电存储技术领域，特别涉及一种铁电存储单元。

背景技术

AI和5G核心技术的发展驱动了新的智能应用，亟需读写速度快、功耗低和存储密度高的非挥发性存储器。铁电存储器作为下一代新型的存储技术之一，具有超快的擦写速度、极低的工作电压、优异的反复擦写能力等优点。

据预测，铁电存储器世界市场规模可达到每年100亿美元，世界上几乎所有大的半导体公司都已加入开发行列，先后研制出了一系列高性能产品，应用于仪表、汽车、通讯、消费电子、计算机、工业、医疗等领域。

根据器件结构及工作原理的不同，FeRAM(Ferroelectric RAM，随机存取存储器)可以分为两大类：1个晶体管1个电容器型(1T1C)和1个晶体管型(1T)。目前基于1T1C结构的FeRAM已经实现了商业化生产，日本东芝公司于2009年初开发的“全球最大容量(128Mbit)”，“全球最高速度(1.6GB/s)”的1T1C结构的FeRAM已经实现了商业化生产。

1T1C结构的FeRAM已经实现了商业化生产，1T型的FeRAM也即铁电场效应晶体管(Ferroelectric-gate field eddect transistor)，简称为FeFET，目前未实现商业化生产，但是从其器件结构及工作原理分析，FeFET不仅具有1T1C型的所有优点，而且其读出是非破坏性的，结构也较1T1C型的简单，预期比已经商业化的1T1C型FeRAM具有更高的集成密度、更低的能量消耗以及生产成本。

在2015年的国际半导体技术路线图ITRS(Internationl Technology Roadmapfor Semiconductors)中，FeFET与相转变存储器、磁阻存储器和电阻存储器等列为下一代的新型存储器。

与目前商业化的NAND闪存比较，它有如下的优点：1)由于采用铁电极化来存储数据，可以集成于10nm工艺以下；2)操作电压只需5V左右，远低于NAND闪存所需要的15～20V；3)能耗可以降低9～16倍；4)反复擦写能力达到109。可以说FeFET相对目前商业化的NAND闪存具有非常大的性能优势，在下一代高密度存储技术中具有非常广阔的应用前景。

目前，FeFET存储器的结构主要可分为两种，一是浮栅型FeFET，其栅结构为金属电极(M)/铁电薄膜(F)/金属电极(M)/缓冲层(I)/半导体(S)，即MFMIS；另一种是MFIS-FET，即栅结构为金属电极(M)/铁电薄膜(F)/缓冲层(I)/半导体(S)，即MFIS。相比MFIS-FET存储器，MFMIS-FET存储器具有更好的保持性能，且能利用调节浮栅电极和控制栅电极的面积增加器件的存储窗口、降低擦写电压和提高疲劳性能。

而FeFET一直处于研究阶段，界面问题也一直是FeFET最突出的问题，研究工作也主要围绕改善界面状态展开。现有技术中存在的浮栅型铁电栅场效应晶体管在传统的工作模式下，存在如下缺陷：在循环电压极化铁电薄膜(即信号写入或擦除)时，极易引起电子在绝缘层中反复隧穿，导致绝缘层产生新缺陷、介电性能退化。此外，绝缘层/硅界面与边界的缺陷密度增大，也将降低硅表面电子散射并产生阈值电压漂移现象，且这一现象会随晶体管服役时间日趋严重，并最终导致晶体管失效。

发明内容

(一)发明目的