开关元件及半导体存储器装置制造方法及图纸

本申请涉及开关元件及半导体存储器装置

【技术实现步骤摘要】
开关元件及半导体存储器装置
[0001]本申请是原案申请号为
202110189253.8
的专利技术专利申请
(
申请日：
2021
年2月
19
日，专利技术名称：开关元件
、
半导体存储器装置及其制造方法
)
的分案申请
。


[0002]各种实施方式总体上涉及电子装置，更具体地，涉及一种包括负电容器的开关元件
、
包括该开关元件的半导体存储器装置以及制造该半导体存储器装置的方法
。

技术介绍

[0003]为了满足消费者所需求的优异性能和低价格，需要改进半导体装置的集成度
。
具体地，由于半导体存储器装置的集成度是决定产品的性能和价格的重要因素，所以正在进行各种尝试以改进集成度
。
例如，在包括多个存储器单元的半导体存储器装置中，正在积极地对包括以
3D
方式布置的存储器单元的
3D
半导体存储器装置进行研究，因此可减小基板的每单位面积存储器单元所占用的面积
。

技术实现思路

[0004]在实施方式中，一种开关元件可包括：第一栅极介电层，其形成在基板上方；第二栅极介电层，其形成在第一栅极介电层上方以与第一栅极介电层的一部分交叠，并且包括铁电材料；第二栅电极，其形成在第二栅极介电层上方；以及第一栅电极，其位于第一栅极介电层和第二栅极介电层之间，并且被配置为控制第二栅极介电层选择性地具有负电容r/>。
[0005]在实施方式中，一种开关元件可包括：第一栅极层叠物，其形成在基板上方；以及一个或更多个第二栅极层叠物，其形成在基板上方并且与第一栅极层叠物邻近
。
第一栅极层叠物可包括依次层叠在基板上方的第一栅极介电层
、
第一栅电极
、
第二栅极介电层和第二栅电极，第二栅极介电层包括响应于施加到第一栅电极的偏压而具有负电容的铁电材料，并且第二栅极层叠物可包括依次层叠在基板上方的第三栅极介电层
、
第四栅极介电层和第三栅电极，第四栅极介电层包括具有自感生负电容的铁电材料
。
[0006]在实施方式中，一种开关元件可包括：第一栅极层叠物，其形成在基板上方；以及第二栅极层叠物，其形成在基板上方并且与第一栅极层叠物邻近
。
第一栅极层叠物可包括依次层叠在基板上方的第一栅极介电层
、
第二栅极介电层和第一栅电极，第二栅极介电层包括具有自感生负电容的铁电材料，并且第二栅极层叠物可包括依次层叠在基板上方的存储器层和第二栅电极，存储器层包括电荷捕获层
。
[0007]在实施方式中，一种半导体存储器装置可包括：多个存储器单元，其被配置为共享沟道结构；以及第一开关元件，其被配置为共享沟道结构并且联接到存储器单元的一侧
。
第一开关元件可包括：第一栅极介电层，其围绕沟道结构；第一栅电极，其围绕第一栅极介电层；第二栅极介电层，其围绕第一栅电极的一部分，并且包括响应于施加到第一栅电极的偏压而具有负电容的铁电材料；以及第二栅电极，其围绕第二栅极介电层并且具有平面形状
。
[0008]在实施方式中，一种半导体存储器装置可包括：多个存储器单元，其被配置为共享
沟道结构；以及第一开关元件，其被配置为共享沟道结构并且联接到存储器单元的一侧
。
第一开关元件可包括层叠以彼此间隔开的第一栅极结构和第二栅极结构
。
第一栅极结构可包括围绕沟道结构的第一栅极介电层
、
围绕第一栅极介电层并且包括具有自感生负电容的铁电材料的第二栅极介电层以及围绕第二栅极介电层并且具有平面形状的第一栅电极，并且第二栅极结构可包括围绕沟道结构并且包括电荷捕获层的存储器层以及围绕存储器层并且具有平面形状的第二栅电极
。
[0009]在实施方式中，一种制造半导体存储器装置的方法可包括以下步骤：在基板上方形成第一层叠体，该第一层叠体包括交替地层叠在其中的一个或更多个第一材料层和一个或更多个第二材料层；穿过第一层叠体形成第一开口；在第一开口的侧壁上形成第二栅极介电层，该第二栅极介电层包括铁电材料；在第一层叠体和第一开口的形成有第二栅极介电层的侧壁上形成第二材料层；在第一开口内第二材料层的侧壁上依次形成第一栅极介电层和沟道层；去除第二材料层；以及通过利用导电材料间隙填充第二材料层被去除的空间来形成第一栅电极和第二栅电极，其中，第一栅电极位于第一栅极介电层和第二栅极介电层之间，并且第二栅电极抵接在第二栅极介电层上
。
[0010]在实施方式中，一种制造半导体存储器装置的方法可包括以下步骤：在基板上方形成第一层叠体，该第一层叠体包括交替地层叠在其中的一个或更多个第一材料层和一个或更多个第二材料层；穿过第一层叠体形成第一开口；沿着第一开口的表面形成第二栅极介电层，该第二栅极介电层包括铁电材料；在第一层叠体上方形成第二层叠体，该第二层叠体包括交替地层叠在其中的多个第一材料层和多个第二材料层；穿过第二层叠体形成第二开口，使得第二开口连接到第一开口；在第二开口的侧壁上形成存储器层；沿着第一开口和第二开口的表面依次形成第一栅极介电层和沟道层；去除第二材料层；以及通过利用导电材料间隙填充第二材料层被去除的空间来形成栅电极和控制栅极，其中，栅电极抵接在第二栅极介电层上，并且控制栅极抵接在存储器层上
。
附图说明
[0011]图1是示出根据实施方式的开关元件的横截面图
。
[0012]图2是用于描述图1所示的开关元件的导通操作和截止操作的图
。
[0013]图3是示出根据实施方式的开关元件的横截面图
。
[0014]图4是用于描述图3所示的开关元件的导通操作和截止操作的图
。
[0015]图5是示出根据实施方式的开关元件的横截面图
。
[0016]图6是用于描述图5所示的开关元件的导通操作和截止操作的图
。
[0017]图7是示出根据实施方式的半导体存储器装置的框图
。
[0018]图8是示出根据本实施方式的半导体存储器装置的存储块的电路图
。
[0019]图9是示出根据本实施方式的半导体存储器装置的单元串的立体图
。
[0020]图
10
是图9所示的区域
A
的放大横截面图
。
[0021]图
11A、
图
11B、
图
11C、
图
11D、
图
11E、
图
11F、
图
11G
和图
11H
是示出根据实施方式的半导体存储器装置的制造方法的横截面图
。
[0022]图
12
是示出根据实施方式的半导体存本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种开关元件，该开关元件包括：第一栅极层叠物，该第一栅极层叠物形成在基板上方；以及一个或更多个第二栅极层叠物，所述一个或更多个第二栅极层叠物形成在所述基板上方并且与所述第一栅极层叠物邻近，其中，所述第一栅极层叠物包括依次层叠在所述基板上方的第一栅极介电层
、
第一栅电极
、
第二栅极介电层和第二栅电极，所述第二栅极介电层包括响应于施加到所述第一栅电极的偏压而具有负电容的铁电材料，并且所述第二栅极层叠物包括依次层叠在所述基板上方的第三栅极介电层
、
第四栅极介电层和第三栅电极，所述第四栅极介电层包括具有自感生负电容的铁电材料
。2.
根据权利要求1所述的开关元件，其中，所述第二栅极介电层与所述第一栅极介电层的一部分交叠，并且所述第一栅电极包括位于所述第一栅极介电层和所述第二栅极介电层之间的第一区域以及从所述第一区域延伸并与所述第二栅电极的侧壁邻近的第二区域，并且所述第二区域与所述第二栅电极的侧壁之间设置有间隙
。3.
根据权利要求2所述的开关元件，其中，所述间隙在沟道的纵向方向上的线宽至少大于所述第一栅极介电层的厚度，并且小于所述第一栅极层叠物和所述第二栅极层叠物之间的距离
。4.
根据权利要求2所述的开关元件，其中，所述第二栅电极的一个侧壁面向所述第三栅电极，并且所述第二栅电极的另一侧壁面向所述第一栅电极的所述第二区域
。5.
根据权利要求1所述的开关元件，其中，所述第二栅极介电层和所述第四栅极介电层中的每一个包括具有萤石结构的金属氧化物，该萤石结构具有选自立方晶系
、
四方晶系和单斜晶系的一个或更多个稳定组成区域
。6.
根据权利要求5所述的开关元件，其中，所述第二栅极介电层的厚度大于所述第四栅极介电层的厚度
。7.
根据权利要求6所述的开关元件，其中，所述第二栅极介电层具有
1nm
至
20nm
的厚度，并且所述第四栅极介电层具有
1nm
至
10nm
的厚度
。8.
根据权利要求1所述的开关元件，其中，所述第一栅极层叠物在沟道的纵向方向上的线宽等于或大于所述第二栅极层叠物的线宽
。9.
根据权利要求1所述的开关元件，其中，在所述开关元件截止时，所述第一栅电极
、
所述第二栅电极和所述第三栅电极中的每一个具有截止电压电平，并且在导通操作时间中，第一导通电压
、
第二导通电压和第三导通电压分别被施加到所述第一栅电极
、
所述第二栅电极和所述第三栅电极，其中，所述第一导通电压从所述截止电压电平扫掠到低于所述截止电压电平的第一电压电平，并且从所述第一电压电平连续地扫掠到第二电压电平，所述第二电压电平高于所述截止电压电平并且具有与所述第一电压电平不同的极性，并且所述第二导通电压和所述第三导通电压分别从所述截止电压电平扫掠到高于所述截止电压电平的第三电压电平和第四电压电平
。10.
根据权利要求9所述的开关元件，其中，所述第一导通电压从所述截止电压电平扫掠到所述第一电压电平的时间点早于所述第二导通电压从所述截止电压电平扫掠到所述
第三电压电平的时间点和所述第三导通电压从所述截止电压电平扫掠到所述第四电压电平的时间点
。11.
根据权利要求
10
所述的开关元件，其中，所述第三导通电压从所述截止电压电平扫掠到所述第四电压电平的时间点等于或早于所述第二导通电压从所述截止电压电平扫掠到所述第三电压电平的时间点
。12.
根据权利要求9所述的开关元件，其中，所述截止电压电平包括接地电位，所述第一电压电平具有负极性，并且所述第二电压电平
、
所述第三电压电平和所述第四电压电平具有正极性
。13.
一种开关元件，该开关元件包括：...

【专利技术属性】
技术研发人员：李东旭，梁海昌，
申请(专利权)人：爱思开海力士有限公司，
类型：发明
国别省市：