[发明专利]低功耗半导体存储器及其制作方法、驱动方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，更具体地，本发明涉及一种低功耗半导体存储器及其制作方法、驱动方法。

背景技术

随着集成电路技术的不断进步，集成在同一芯片上的半导体器件数量已从最初的几十几百个进化到现在的数以百万计。特别的，对于半导体存储器而言，其单片集成密度业已达到上亿个。

然而，在所述半导体存储器集成密度与日俱增的同时，其功耗也相应增大，这主要是由所述半导体存储器的栅极电容引起的。现有技术的半导体存储器通常采用电荷注入浮栅的方式来完成数据存储，而所述半导体存储器的栅极具备较大的栅极电容，对所述栅极电容的充放电操作大大增加了器件功耗。同时，由于所述半导体存储器采用的MOS晶体管的亚阈值摆幅相对较小，这使得其在低压驱动时的驱动电流较弱，这又引起了半导体存储器读写速度的下降。

因此，需要提出一种半导体存储器，在降低器件功耗的同时，提高数据读写速度。

发明内容

本发明解决的问题是提供一种低功耗半导体存储器及其制作方法、驱动方法，降低存储器功耗并提高数据读写速度。

为解决上述问题，本发明提供了一种低功耗半导体存储器，包括存储晶体管与控制晶体管，其中，所述控制晶体管包含有输入端与输出端，所述控制晶体管的输出端与存储晶体管的体区相连接；在所述控制晶体管开启时，其输入端加载的输入电压输出至存储晶体管的体区，使得所述存储晶体管的体区电位变化，而所述存储晶体管体区电位用于标记存储数据。

可选的，所述控制晶体管为垂直隧穿场效应管，所述垂直隧穿场效应管包含有第一控制电极、第二控制电极、第一导电区以及第二导电区，其中，所述第一导电区与第二导电区具有相反的导电类型，所述第一控制电极与第二控制电极用于加载控制所述垂直隧穿场效应管开启状态的控制电压，所述第一导电区作为垂直隧穿场效应管的输入端，用于加载输入电压，所述第二导电区作为垂直隧穿场效应管的输出端，与存储晶体管的体区电连接。

可选的，所述存储晶体管的栅极与垂直隧穿场效应管的第一控制电极或第二控制电极电连接。

可选的，所述垂直隧穿场效应管位于存储晶体管的栅极结构中：所述第一导电区位于第二导电区上方，所述第二导电区位于所述存储晶体管的体区上方，所述第二导电区与存储晶体管的体区具有相同的导电类型；所述第一控制电极与第二控制电极位于第一导电区与第二导电区两侧的栅极结构中，所述第一控制电极、第二控制电极通过其周围的栅间介电层与第一导电区、第二导电区以及存储晶体管的有源区相隔离，其中，所述第一控制电极或第二控制电极至少部分位于所述存储晶体管的有源区上。

相应的，本发明还提供了一种用于驱动所述低功耗半导体存储器的驱动方法，包括写操作与读操作，其中，

所述写操作包括：

在垂直隧穿场效应管的第一控制电极与第二控制电极上加载低电平的控制电压，开启所述垂直隧穿场效应管并关闭所述存储晶体管；

在垂直隧穿场效应管的第一导电区上加载输入电压，所述输入电压使得存储晶体管的体区电位变化，完成数据的写入；

所述读操作包括：

在垂直隧穿场效应管的第一控制电极与第二控制电极上加载高电平的控制电压，关闭所述垂直隧穿场效应管；

在存储晶体管的源、漏极间加载读出电压，以检测存储晶体管漏极的读出电流，进而基于所述读出电流检测存储晶体管阈值电压及体区电位的变化，从而完成数据的读出。

相应的，本发明还提供了一种低功耗半导体存储器的制作方法，包括：

提供半导体衬底，所述半导体衬底中形成有具有第一导电类型的有源区，以及所述有源区外的介电隔离区；

在所述半导体衬底上依次形成具有第一导电类型的第一掺杂层、具有第二导电类型的第二掺杂层以及介电保护层；

部分刻蚀所述介电保护层、第二掺杂层与第一掺杂层，有源区与介电隔离区上残留的第二掺杂层与第一掺杂层形成栅极结构；

在所述栅极结构的两侧形成间隙壁结构，在所述栅极结构两侧的有源区中形成源区与漏区；

在所述半导体衬底上形成第一层间介电层，刻蚀所述第一层间介电层，直至露出介电保护层的表面；

图形化所述介电保护层，以所述图形化的介电保护层为掩膜，刻蚀所述栅极结构直至露出有源区与介电隔离区表面，形成位于栅极结构两端的第一开口与第二开口，所述第一开口或第二开口至少部分位于有源区上，所述第一开口与第二开口间的第一掺杂层与第二掺杂层分别作为垂直隧穿场效应管的第二导电区与第一导电区；