【技术实现步骤摘要】
本公开涉及信息存储，涉及但不限于一种三维柱式结构的铁电隧道结非易失存储器及其形成方法。
技术介绍
1、在大数据时代，人工智能、物联网、云计算等电子信息技术产业的发展，对数据的存储和处理提出前所未有的高要求，因此急需发展新型信息存储和处理器件。为克服冯诺依曼瓶颈、存储墙等问题，新型信息存储和处理器件，应具备超快的操作速度和存算一体功能。
2、在目前提出的各种新型信息存储和处理器件中，铁电隧道结非易失存储器受到广泛关注。其阻变依赖于铁电极化的场效应调控隧穿势垒，具有操作速度快、非易失、阻态数目多、阻变稳定等优势，可以用于高性能信息存储，以及模拟生物突触，完成存算一体类脑计算。但是，铁电隧道结比较绝缘，在高集成密度下，铁电隧道结面积的减小会导致电阻显著增大，纳米尺度下读取电流过低成为制约铁电隧道结应用的一大障碍。
3、有鉴于此，需要设计一种铁电隧道结非易失存储器的结构，在高密度集成下获得较大的结区面积，从而提升读取电流。
技术实现思路
1、本公开实施例提供一种三维柱式结构的铁电隧道结非易失存储器及其形成方法。
2、第一方面，本公开实施例提供一种三维柱式结构的铁电隧道结非易失存储器，包括：
3、穿过绝缘层的圆柱形或者圆筒形的底电极；
4、位于底电极上的铁电层；
5、位于铁电层上的顶电极。
6、在一些实施例中，底电极为深宽比大于20：1的圆柱体，底电极穿过绝缘层与场效应晶体管的漏极相连，铁电层位于圆柱体底电极
7、在一些实施例中，绝缘层材料包括sio2、掺c的sio2、sin或sion至少之一。
8、在一些实施例中，底电极材料包括tin、tan或w至少之一。
9、在一些实施例中，顶电极材料包括tin、tan、ruo2、ti、al、ta或pt至少之一。
10、在一些实施例中，铁电层材料包括掺杂的hfo2，其中，掺杂元素包括la、al、zr、si或y至少之一；或者，铁电势垒层材料包括bifeo3、batio3、knbo3、pbzr(1-x)tixo3(x>0且x<1)或α-in2se3；
11、铁电层厚度为0.4至10纳米。
12、第二方面，本公开实施例提供一种铁电隧道结非易失存储器，包括：
13、基底，所述基底包括晶体管；
14、位于所述基底上、且沿所述基底厚度方向延伸的底电极；其中，所述底电极与所述晶体管的第一源漏极电连接；
15、覆盖所述底电极的铁电层；
16、覆盖所述铁电层的顶电极；所述底电极、所述铁电层和所述顶电极构成铁电隧道结。在一些实施例中，所述晶体管还包括栅极，且所述栅极为埋入式栅极。
17、在一些实施例中，所述晶体管还包括沟道和第二源漏极；所述第一源漏极、所述沟道和所述第二源漏极沿所述基底的厚度方向自下而上依次排列；
18、所述沟道为l形或者i字形；所述铁电隧道结部分埋入所述基底中。
19、在一些实施例中，所述基底包括多个所述晶体管，相邻的两个所述晶体管共用所述第二源漏极。
20、在一些实施例中，所述底电极呈筒状；所述铁电层位于所述底电极的暴露面上。
21、在一些实施例中，所述铁电层位于所述底电极的外侧壁上；所述铁电隧道结非易失存储器还包括：支撑内芯；
22、其中，所述支撑内芯充满所述底电极的内部，所述支撑内芯的材料包括硅或者氮化钛。
23、在一些实施例中，所述底电极呈柱状；所述铁电层位于所述底电极的表面，或者，所述铁电层位于所述底电极的侧壁上。
24、在一些实施例中，所述铁电层厚度为0.8至3纳米。
25、第三方面，本公开实施例提供一种铁电隧道结非易失存储器的形成方法，包括：
26、提供基底；所述基底包括晶体管；
27、在所述基底上形成沿所述基底厚度方向延伸的底电极；其中，所述底电极与所述晶体管的第一源漏极电连接；
28、形成覆盖所述底电极的铁电层；
29、形成覆盖所述铁电层的顶电极；所述底电极、所述铁电层和所述顶电极构成铁电隧道结。
30、在一些实施例中，在所述基底上形成沿所述基底厚度方向延伸的底电极，包括：
31、在所述基底上形成绝缘层；所述绝缘层的材料包括绝缘的低介电材料，所述绝缘的低介电材料包括二氧化硅；
32、刻蚀所述绝缘层，形成多个沿所述基底厚度方向延伸的刻蚀孔，其中，每一所述刻蚀孔暴露出所述第一源漏极；
33、在所述刻蚀孔中形成所述底电极，其中，所述底电极呈柱状或筒状。
34、在一些实施例中，在所述底电极呈所述筒状的情况下，形成覆盖所述底电极的铁电层，包括：
35、在所述底电极的暴露面上形成所述铁电层，或者，在所述底电极的外侧壁上形成所述铁电层。
36、在一些实施例中，在所述底电极的外侧壁上形成所述铁电层之前，所述方法还包括：
37、在所述底电极的内表面形成充满所述底电极内部的支撑内芯，所述支撑内芯的材料包括硅或者氮化钛。
38、在一些实施例中，在所述底电极呈所述柱状的情况下，形成覆盖所述底电极的铁电层，包括：
39、在所述底电极的表面形成所述铁电层，或者，在所述底电极的侧壁上形成所述铁电层。
40、本公开实施例提供一种三维柱式结构的铁电隧道结非易失存储器及其形成方法，其中，三维柱式结构的铁电隧道结非易失存储器，包括：生长在绝缘层上的底电极为具有高深宽比的圆柱体，并穿过绝缘层与场效应晶体管的漏极相连，形成具有一晶体管一铁电隧道结的结构。利用原子层沉积方法，在底电极上生长铁电层，铁电层会保形生长在圆柱体外壁上；在铁电层上保形生长顶电极。通过这种三维柱式的结构设计，将铁电隧道结的结区设计在圆柱体的外壁，从而在不增加平面尺寸的前提下，增大了铁电隧道结的结区面积，降低了铁电隧道结电阻，提高了铁电隧道结的读取电流。
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1.一种三维柱式结构的铁电隧道结非易失存储器，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的三维柱式结构的铁电隧道结非易失存储器，其特征在于，底电极为深宽比大于20：1的圆柱体，底电极穿过绝缘层与场效应晶体管的漏极相连，铁电层位于圆柱体底电极的外壁上，顶电极位于铁电层的外壁上。
3.根据权利要求1所述的三维柱式结构的铁电隧道结非易失存储器，其特征在于：绝缘层材料包括SiO2、掺C的SiO2、SiN或SiON至少之一。
4.根据权利要求1所述的三维柱式结构的铁电隧道结非易失存储器，其特征在于：底电极材料包括TiN、TaN或W至少之一。
5.根据权利要求1所述的三维柱式结构的铁电隧道结非易失存储器，其特征在于：顶电极材料包括TiN、TaN、RuO2、Ti、Al、Ta或Pt至少之一。
6.根据权利要求1所述的一种三维柱式结构的铁电隧道结非易失存储器，其特征在于：铁电层材料包括掺杂的HfO2，其中，掺杂元素包括La、Al、Zr、Si或Y至少之一；或者，铁电势垒层材料包括BiFeO3、BaTiO3、KNbO3、PbZr(1-x)Ti
7.一种铁电隧道结非易失存储器，其特征在于，包括：
8.根据权利要求7所述的铁电隧道结非易失存储器，其特征在于，所述晶体管还包括栅极，且所述栅极为埋入式栅极。
9.根据权利要求8所述的铁电隧道结非易失存储器，其特征在于，所述晶体管还包括沟道和第二源漏极；所述第一源漏极、所述沟道和所述第二源漏极沿所述基底的厚度方向自下而上依次排列；
10.根据权利要求9所述的铁电隧道结非易失存储器，其特征在于，所述基底包括多个所述晶体管，相邻的两个所述晶体管共用所述第二源漏极。
11.根据权利要求7至10任一项所述的铁电隧道结非易失存储器，其特征在于，所述底电极呈筒状；
12.根据权利要求11所述的铁电隧道结非易失存储器，其特征在于，所述铁电层位于所述底电极的外侧壁上；所述铁电隧道结非易失存储器还包括：支撑内芯；
13.根据权利要求7至10任一项所述的铁电隧道结非易失存储器，其特征在于，所述底电极呈柱状；
14.根据权利要求7所述的铁电隧道结非易失存储器，其特征在于，所述铁电层厚度为0.8至3纳米。
15.一种铁电隧道结非易失存储器的形成方法，其特征在于，包括：
16.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，在所述基底上形成沿所述基底厚度方向延伸的底电极，包括：
17.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，在所述底电极呈所述筒状的情况下，形成覆盖所述底电极的铁电层，包括：
18.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，在所述底电极的外侧壁上形成所述铁电层之前，所述方法还包括：
19.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，在所述底电极呈所述柱状的情况下，形成覆盖所述底电极的铁电层，包括：
...【技术特征摘要】
1.一种三维柱式结构的铁电隧道结非易失存储器，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的三维柱式结构的铁电隧道结非易失存储器，其特征在于，底电极为深宽比大于20：1的圆柱体，底电极穿过绝缘层与场效应晶体管的漏极相连，铁电层位于圆柱体底电极的外壁上，顶电极位于铁电层的外壁上。
3.根据权利要求1所述的三维柱式结构的铁电隧道结非易失存储器，其特征在于：绝缘层材料包括sio2、掺c的sio2、sin或sion至少之一。
4.根据权利要求1所述的三维柱式结构的铁电隧道结非易失存储器，其特征在于：底电极材料包括tin、tan或w至少之一。
5.根据权利要求1所述的三维柱式结构的铁电隧道结非易失存储器，其特征在于：顶电极材料包括tin、tan、ruo2、ti、al、ta或pt至少之一。
6.根据权利要求1所述的一种三维柱式结构的铁电隧道结非易失存储器，其特征在于：铁电层材料包括掺杂的hfo2，其中，掺杂元素包括la、al、zr、si或y至少之一；或者，铁电势垒层材料包括bifeo3、batio3、knbo3、pbzr(1-x)tixo3(x>0且x<1)或α-in2se3；
7.一种铁电隧道结非易失存储器，其特征在于，包括：
8.根据权利要求7所述的铁电隧道结非易失存储器，其特征在于，所述晶体管还包括栅极，且所述栅极为埋入式栅极。
9.根据权利要求8所述的铁电隧道结非易失存储器，其特征...
【专利技术属性】
技术研发人员：罗振，王贺，郁梦康，苏星松，白卫平，殷月伟，李晓光，
申请(专利权)人：长鑫存储技术有限公司，
类型：发明
国别省市：
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