[发明专利]铁电场效应晶体管的交叉点阵列及其制造方法

说明书

本发明公开了一种半导体结构，该半导体结构包括沿着第一水平方向横向延伸并通过线沟槽沿着第二水平方向彼此间隔开的层堆叠结构。该层堆叠结构中的每个层堆叠结构包括单元层序列的至少一个实例，该单元层序列从下至上或从上至下包括掺杂半导体源极条、沟道级绝缘条和掺杂半导体漏极条。线沟槽填充结构位于该线沟槽中的相应一个线沟槽内。该线沟槽填充结构中的每个线沟槽填充结构包括存储器柱结构和介电柱结构的横向交替序列。该存储器柱结构中的每个存储器柱结构包括栅极电极、至少一对铁电介电层和位于该沟道级绝缘条的每个层级处的至少一对垂直半导体沟道。

相关申请

本申请要求于2020年1月9日提交的美国非临时申请第16/738,644号的优先权权益，该美国非临时申请的全部内容通过引用并入本文中。

技术领域

本公开大体上涉及半导体器件领域，并且尤其涉及铁电场效应晶体管的交叉点阵列及其制造方法。

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”极化位置)编程，以将信息存储在铁电材料中。可通过由铁电材料的偶极矩生成的电场来检测铁电材料的偶极矩的不同取向。例如，可通过测量流过在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偶极矩的取向。

发明内容

根据本公开的方面，提供了一种半导体结构，该半导体结构包括：层堆叠结构，该层堆叠结构沿着第一水平方向横向延伸并通过线沟槽沿着第二水平方向彼此间隔开，其中该层堆叠结构中的每个层堆叠结构包括单元层序列的至少一个实例，该单元层序列从下至上或从上至下包括掺杂半导体源极条、沟道级绝缘条和掺杂半导体漏极条；和线沟槽填充结构，该线沟槽填充结构位于该线沟槽中的相应一个线沟槽内，其中该线沟槽填充结构中的每个线沟槽填充结构包括存储器柱结构和介电柱结构的横向交替序列，并且其中该存储器柱结构中的每个存储器柱结构包括栅极电极、至少一对铁电介电层和位于该沟道级绝缘条的每个层级处的至少一对垂直半导体沟道。

根据本公开的另一方面，提供了一种形成半导体结构的方法，该方法包括：形成沿着第一水平方向横向延伸并通过线沟槽沿着第二水平方向彼此间隔开的层堆叠结构，其中该层堆叠结构中的每个层堆叠结构包括单元层序列的至少一个实例，该单元层序列从下至上或从上至下包括掺杂半导体源极条、沟道级绝缘条和掺杂半导体漏极条；形成包括至少一对半导体沟道材料条、一对铁电介电板和每个线沟槽内的牺牲填充材料轨道的过程中线沟槽填充结构；通过蚀刻柱腔体穿过每个过程中线沟槽填充结构来将每个过程中线沟槽填充结构划分成一行过程中存储器柱结构；在该柱腔体中形成介电柱结构；以及用栅极电极替换该牺牲填充材料轨道的剩余部分，由此包括栅极电极、至少一对铁电介电层和至少一对垂直半导体沟道的存储器柱结构形成于该过程中存储器柱结构的每个体积中。

附图说明