[发明专利]存储器件及其铁电场效应晶体管和读取方法

说明书

一种配置为多位存储器件的铁电场效应晶体管(FeFET)，该FeFET包括：半导体衬底，在该半导体衬底中具有源极区，在该半导体衬底中具有漏极区；栅极堆叠件在半导体衬底上，其中源极区和漏极区延伸到栅极堆叠件的相对侧，该栅极堆叠件包括在半导体衬底上方的铁电层，以及在铁电层上方的栅极区。晶体管还包括铁电层的第一端和第二端，其分别对应于源极和漏极区。铁电层包括偶极子。在铁电层的第一端的第一组偶极子具有第一极化。在铁电层的第二端的第二组偶极子具有第二极化，第二极化与第一极化基本上相反。本发明的实施例还涉及存储器件及读取铁电场效应晶体管的方法。

技术领域

本发明的实施例涉及存储器件及其铁电场效应晶体管和读取方法。

背景技术

存储器单元是存储器的基本构建块。可以使用不同的技术来实现它，例如双极、金属氧化物半导体(MOS)和其他半导体器件。它也可以由诸如铁氧体磁芯或磁性气泡的磁性材料制成。不管使用哪种实现技术，二进制存储器单元的目的都是相同的，即存储一位二进制信息。在一些方法中，将存储器单元置位以存储1，并且将其复位以存储零。

铁电场效应晶体管(FeFET)是一种场效应晶体管(FET)，其包括夹在器件的栅极和源极-漏极导电区之间的铁电材料的层。基于FeFET的器件用于FeFET存储器—一种单晶体管二进制非易失性存储器。

发明内容

根据本发明实施例的一个方面，提供了一种配置为多位存储器件的铁电场效应晶体管(FeFET)，FeFET包括：半导体衬底，包括：源极区，位于半导体衬底中；和漏极区，位于半导体衬底中；栅极堆叠件，位于半导体衬底上方，源极区和漏极区延伸到栅极堆叠件的相对侧，栅极堆叠件包括：铁电层，位于半导体衬底上方；栅极区，位于铁电层上方；并且其中：铁电层的第一端和第二端靠近相应的源极和漏极区；铁电层包括偶极子；在铁电层的第一端处的第一组偶极子具有第一极化；

在铁电层的第二端处的第二组偶极子具有第二极化，第二极化与第一极化基本上相反。

根据本发明实施例的另一个方面，提供了2位存储器件，包括：衬底；源极区，位于衬底中；漏极区，位于衬底中；和栅极堆叠件，位于衬底上方，相对于第一方向从源极区延伸到漏极区，栅极堆叠件包括：铁电层，位于衬底上方；和栅极区，位于铁电层上方；以及其中：铁电层的第一端和第二端对应于源极和漏极区。铁电层包括偶极子。铁电层的偶极子相对于第一方向不对称地极化，铁电层的第一端处的第一组偶极子具有第一极化，铁电层的第二端处的第二组偶极子具有第二极化，第二极化基本上与第一极化相反；铁电层的第一端的第一极化表示2位存储器件的第一位；和铁电层的第二端的第二极化表示2位存储器件的第二位。

根据本发明实施例的又一个方面，提供了一种读取铁电场效应晶体管(FeFET)的方法，方法包括：从存储两个位的2位存储器件中读取两个位的第二位，2位存储器件包括第一源极/漏极(S/D)端子、第二S/D端子、栅极端子和铁电层，第二位存储在铁电层的第一端，第一端靠近第一S/D端子，读取第二位包括：向栅极端子施加栅极亚阈值电压；向第二S/D端子施加读取电压；向第一S/D端子施加不干扰电压；和在第二S/D端子处感测第一电流；以及其中，读取电压低于亚阈值电压。

附图说明

当结合附图进行阅读时，从以下详细描述可最佳理解本发明的各个方面。应该强调，根据工业中的标准实践，各个部件未按比例绘制并且仅用于说明的目的。实际上，为了清楚的讨论，各个部件的尺寸可以任意地增大或减小。

图1A-图1B是根据一些实施例的2位铁电场效应晶体管(FeFET)的对应截面。

图1C-图1E是根据一些实施例的表示在相应不同条件下的沟道带势垒部分的相应波形。

图2A-图2B是根据一些实施例的2位FeFET的对应截面。

图2C-图2E是根据一些实施例表示在相应不同条件下的沟道带势垒部分的相应波形。