[发明专利]具有选择栅极晶体管的铁电存储器器件及其形成方法

说明书

本发明涉及一种存储器单元，该存储器单元包括铁电存储器晶体管，以及与铁电存储器晶体管共享公共半导体沟道、公共源极区和公共漏极区的选择栅极晶体管。选择栅极晶体管控制公共源极区和公共半导体沟道之间的访问。

相关申请

本申请要求提交于2019年6月28日的美国非临时专利申请序列号16/456,736的优先权权益，该美国非临时专利申请的全部内容以引用的方式并入本文。

技术领域

本公开整体涉及半导体存储器器件领域，并且具体地涉及铁电存储器器件及其形成方法。

背景技术

铁电材料是指在没有施加电场的情况下显示出自发极化电荷的材料。铁电材料内电荷的净极化P在最小能量状态下为非零。因此，发生材料的自发铁电极化，并且铁电材料在两个相对表面上积聚相反极性类型的表面电荷。铁电材料的极化P随施加电压V的变化而显示出滞后。铁电材料的剩余极化和矫顽场的乘积是用于表征铁电材料的有效性的度量。

铁电存储器器件是包含用于存储信息的铁电材料的存储器器件。铁电材料充当存储器器件的存储器材料。根据施加到铁电材料的电场的极性，铁电材料的偶极矩以两个不同的取向(例如，基于晶格中的原子位置(诸如氧和/或金属原子位置)的“上”或“下”偏振位置)编程，以将信息存储在铁电材料中。铁电材料的偶极矩的不同取向可通过由铁电材料的偶极矩产生的电场来检测。例如，偶极矩的取向可通过测量流过邻近场效应晶体管铁电存储器器件中邻近铁电材料设置的半导体沟道的电流来检测。

发明内容

根据本公开的实施方案，存储器单元包括铁电存储器晶体管，以及与铁电存储器晶体管共享公共半导体沟道、公共源极区和公共漏极区的选择栅极晶体管。选择栅极晶体管控制公共源极区和公共半导体沟道之间的访问。

根据本公开的另一个实施方案，一种形成至少一个铁电存储器元件的方法包括：在衬底中形成源极区；在源极区的顶表面的第一区上方形成阶梯式半导体材料结构，该阶梯式半导体材料结构包括具有第一高度的鳍部分和具有第二高度的基体部分；形成竖直半导体沟道，该竖直半导体沟道包括第一半导体沟道部分和第二半导体沟道部分的竖直堆叠，该第二半导体沟道部分在阶梯式半导体材料结构的鳍部分中覆盖在第一半导体沟道部分上面；在竖直半导体沟道的一侧上以及在源极区的顶表面的第二区上形成选择栅极电介质；在阶梯式半导体材料结构的基体部分的顶表面上的竖直半导体沟道的另一侧上形成包括铁电材料层的控制栅极电介质；以及在竖直半导体沟道的顶端上形成漏极区。

附图说明

图1是根据本公开的实施方案在形成源极区、第一半导体沟道材料层、第二半导体沟道材料层和漏极材料层之后的第一示例性结构的竖直剖面图。

图2A是根据本公开的实施方案的在形成介电隔离轨道之后的第一示例性结构的竖直剖面图。

图2B是图2A的处理步骤处的第一示例性结构的第二竖直剖面图。

图2C是图2A和图2B的处理步骤处的第一示例性结构的第一构型的俯视图。平面A-A’对应于图2A的竖直剖面图的平面。平面B-B’对应于图2B的竖直剖面图的平面。

图2D是图2A和图2B的处理步骤处的第一示例性结构的第二构型的俯视图。平面A-A’对应于图2A的竖直剖面图的平面。平面B-B’对应于图2B的竖直剖面图的平面。

图3A是根据本公开的实施方案的在形成第一线沟槽并将介电隔离轨道图案化为分立介电隔离结构之后的第一示例性结构的第一竖直剖面图。

图3B是图3A的处理步骤处的第一示例性结构的第二竖直剖面图。

图3C是图3A和图3B的处理步骤处的第一示例性结构的第一构型的俯视图。平面A-A'对应于图3A的竖直剖面图的平面。平面B-B'对应于图3B的竖直剖面图的平面。