CN116261335A - 基于曲面绝缘栅堆垛结构的铁电存储器件及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于曲面绝缘栅堆垛结构的铁电存储器件，包括衬底、沟道层、源极、漏极以及曲面绝缘栅堆垛结构，其中，沟道层位于衬底的上表面，源极和漏极分别嵌入在沟道层左右两侧，曲面绝缘栅堆垛结构设置在沟道层上表面且位于源极与漏极之间；曲面绝缘栅堆垛结构包括凸状曲面和凹状曲面，且凸状曲面和凹状曲面均包括自下而上依次堆叠的绝缘层、铁电层和栅极金属层，绝缘层界面面积均大于铁电层界面面积。本发明通过曲面栅堆垛结构使得绝缘层界面相对铁电层界面存在更大的有效承受栅极电压区域面积，降低了绝缘层相对于铁电层界面处偶极子的实际分布密度，解决FeFET器件由于反复擦写造成的存储窗口退化和器件的击穿失效问题。
Description
技术领域
本发明属于FeFET技术领域，具体涉及一种基于曲面绝缘栅堆垛结构的铁电存储器件及其制备方法。
背景技术
氧化铪基铁电存储器由于具有非易失性、功耗低、抗辐射性能优异、与CMOS工艺兼容等突出优点而被公认为新一代最具潜力的新型存储器之一。氧化铪基铁电场效应晶体管(FeFET)是铁电存储器的基本存储单元，相对于传统的金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)，其在结构上除了用铁电薄膜取代线性栅介质之外，其它结构与传统的MOSFET基本相同。
最初的FeFET是基于MOSFET结构将铁电薄膜(FE层)直接沉积在Si衬底上，形成了金属-铁电薄膜－半导体硅(MFS)结构的MFS-铁电存储，但其弊端在于铁电层/半导体衬底之间存在严重的元素扩散污染。为了解决这一问题，研究者在铁电层与半导体衬底之间增添一层绝缘层，形成了金属－铁电薄膜－绝缘层-半导体(MFIS)的MFIS-铁电存储，有效避免了元素扩散导致的污染问题。但是该MFIS栅结构引入了新的问题，在长期栅极电压作用下由于绝缘层与铁电层界面处能带发生弯曲使得电子(空穴)跃迁到导带(价带)的有效势垒宽度变窄，或是跃迁到邻近的缺陷能级上的几率变大，从而导致绝缘层隧穿电荷数量增加，最终导致器件经过1E4-1E6次擦写后发生击穿失效。
根据氧化铪基铁电存储的失效机理，即降低绝缘层的电场强度是关键。现有技术提出：(1)在绝缘层与铁电层之间加入金属层作为等势面，同时使铁电层/绝缘层面积比小于1，即设计金属-铁电层-金属-绝缘层-半导体(MFMIS)栅结构。这种方法在维持铁电层极化强的同时，减缓极化导致的绝缘层的电场，以此改善器件的疲劳失效问题。(2)可以通过降低器件操作电压的方式，即降低铁电层的剩余极化强度。(3)通过外延方式调控氧化铪基铁电层的极化方向，使得垂直于沟道层表面方向的极化分量降低。(4)采用高介电常数绝缘层代替现有工艺中的氧化硅，使在同样极化强度作用下绝缘层的能带弯曲减缓。(5)增加绝缘层的厚度以抑制电子隧穿效应。
然而，上述技术存在以下问题：(1)铁电层和绝缘层面积不同的MFMIS结构中，铁电层和绝缘层中加入一层金属层易增加器件漏电的概率，此外随着先进工艺节点的发展，该结构不利于栅堆垛结构的厚度微缩，并且MFMIS-FET结构器件的制备工艺较为复杂，这也大大限制了其应用的前景。(2)降低器件的工作电压，尽管可以抑制疲劳失效，但同时降低了器件的存储窗口。(3)尽管高介电常数绝缘层在同等电压作用下能带弯曲减缓，但高介电材料的击穿电场通常低于氧化硅。如氧化硅的介电常数为3.9，击穿电场为10MV/cm，而非晶氧化铪的介电常数约为15，但击穿电场仅为5-6MV/cm。因此综合来看，器件的疲劳性能改善效果不佳。(4)增加绝缘层的厚度，但随之而来的器件工作电压也需要同步增大，一方面不利于低功耗器件的发展，另一方面由于工作电压增大，则绝缘层上的厚度也进一步增大，整体而言其电场的改变量十分有限。
发明内容
为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种基于曲面绝缘栅堆垛结构的铁电存储器件及其制备方法。本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：
本发明提供了一种基于曲面绝缘栅堆垛结构的铁电存储器件，包括衬底、沟道层、源极、漏极以及曲面绝缘栅堆垛结构，其中，
所述沟道层位于所述衬底的上表面，所述源极和所述漏极分别嵌入在所述沟道层左右两侧，所述曲面绝缘栅堆垛结构设置在所述沟道层上表面且位于所述源极与所述漏极之间；
所述曲面绝缘栅堆垛结构包括凸状曲面和凹状曲面两种曲面类型，且所述凸状曲面和凹状曲面均包括自下而上依次堆叠的绝缘层、铁电层和栅极金属层，不同类型堆垛栅结构中绝缘层界面面积均大于铁电层界面面积。
在本发明的一个实施例中，当所述曲面绝缘栅堆垛结构为凹状曲面时，所述沟道层的上表面中心开设有一个球面凹槽；所述源极和所述漏极分别嵌入在所述沟道层上表面且位于所述球面凹槽左右两侧；
所述绝缘层、所述铁电层和所述栅极金属层自下而上依次设置在所述球面凹槽，并且所述绝缘层、所述铁电层和所述栅极金属层均呈凹面形状。
在本发明的一个实施例中，当所述曲面绝缘栅堆垛结构为凸状曲面时，所述曲面绝缘栅堆垛结构设置在所述沟道层上表面且位于所述源极与所述漏极之间；
所述曲面绝缘栅堆垛结构包括自下而上依次堆叠的绝缘层、铁电层和栅极金属层，并且所述绝缘层、所述铁电层和所述栅极金属层的表面均为凸面。
在本发明的一个实施例中，所述绝缘层的材料包括SiO2、HfO2、ZrO2、La2O3、Al2O3或CeO2，所述栅极金属层的材料包括Al、Cu、Au、Pt、W或TiN，所述铁电层材料包括铁电氧化铪、铁电氧化锆、掺杂掺杂元素包括Si、Zr、Sr、La、Lu、Gd、Sc、Nd、Ga中一种或多种。
在本发明的一个实施例中，所述绝缘层的厚度为0.5nm-5nm；所述铁电层的厚度为5nm-50nm。
一种基于曲面绝缘栅堆垛结构的铁电存储器件的制备方法，所述曲面绝缘栅堆垛结构为凹状曲面，所述制备方法包括：
S1：选取衬底并清洗；
S2：在所述衬底上表面形成沟道层，在所述沟道层两侧形成源极区域和漏极区域；
S3：在所述源极区域与所述漏极区域之间的栅极区域沟道层上利用反应离子刻蚀基底表面形成凹槽；
S4：在所述沟道层上表面及所述凹槽内部自下而上依次堆叠生长绝缘层、铁电层和栅极金属层，形成多层薄膜结构；
S5：采用刻蚀技术刻蚀非凹槽区域的多层薄膜结构，形成凹槽内部的凹面栅结构；
S6：采用场氧法在所述沟道层和所述凹面栅结构上生长SiO2场氧层；
S7：在所述源极区域和所述漏极区域上方的场氧层上刻蚀SiO2层形成上下连通的通孔，并在所述通孔内部填充金属，以完成源极和漏极的制备。
在本发明的一个实施例中，所述S4包括：
S4.1：在所述沟道层表面及所述凹槽内部沉积形成厚度为0.5-5nm的绝缘层；
S4.2：利用薄膜沉积技术在所述绝缘层上沉积5-50nm厚度的铁电层，其中，沉积温度为室温-700°；
S4.3：在所述铁电层上表面沉积10-100nm厚的栅极金属层；
S4.4：退火，退火温度为300℃-1050℃，使所述铁电层完成结晶。
一种基于曲面绝缘栅堆垛结构的铁电存储器件的制备方法，所述曲面绝缘栅堆垛结构为凸状曲面，所述制备方法包括：
S1：选取衬底并清洗；
S2：对衬底进行处理，使其衬底表面为凸状结构；
S3：在衬底凸状结构上表面形成沟道层，在所述沟道层两侧形成源极区域和漏极区域；
S4：在所述沟道层表面自下而上依次堆叠生长绝缘层、铁电层和栅极金属层，所述绝缘层和所述铁电层表面分别为凸状结构；
S5：刻蚀非栅极区域的多层薄膜结构，形成栅堆垛结构，并对所述栅堆垛结构上表面进行不同程度刻蚀，使得铁电层的上表面面积小于绝缘层上表面面积，形成凸状绝缘栅堆垛结构；
S6：采用场氧法在所述衬底和所述凸状绝缘栅堆垛结构上生长SiO2场氧层；
S7：在所述源极区域和所述漏极区域上方的场氧层刻蚀形成上下连通的通孔，并在所述通孔内部填充金属，以完成源极和漏极的制备。
在本发明的一个实施例中，所述S4包括：
S4.1：在所述衬底凸状结构上沉积形成厚度为0.5-5nm的绝缘层；
S4.2：利用薄膜沉积技术在所述绝缘层上沉积厚度为5-50nm的铁电层，其中，沉积温度为室温-700°；
S4.3：在所述铁电层上表面沉积10-100nm厚的栅极金属层；
S4.4：退火，退火温度为300℃-1050℃，使所述铁电层完成结晶。
与现有技术相比，本发明的有益效果有：
1.本发明利用曲面绝缘栅堆垛结构及其晶体管的设计来增强FeFET的抗疲劳性性能。该结构可以通过调节铁电层和绝缘层实际承受栅极电压的有效面积比例，降低铁电层与绝缘层界面处铁电层偶极子的实际分布密度，减少绝缘层上单位面积承受的有效电场强度，可达到抑制循环电场作用下绝缘层中电子隧穿的目的，进而增强铁电存储器的抗疲劳性能，解决FEFET器件由于反复擦写造成的存储窗口退化问题，可有效提升FEFET器件的使用寿命。
2.本发明无需通过常规更换绝缘层材料或提高绝缘层厚度的方法即可抑制绝缘层因隧穿电流的产生而导致的FEFET器件失效问题，避免了引入新绝缘层材料带来的元素污染问题和提升绝缘层厚度造成的功耗提升问题。
附图说明
图1是本发明实施例提供的一种基于凹状曲面绝缘栅堆垛结构的铁电存储器件的结构示意图；
图2是图1所示的基于凹状曲面绝缘栅堆垛结构的铁电存储器件的工艺流程图；
图3是本发明实施例提供的一种基于凸状曲面绝缘栅堆垛结构的铁电存储器件的结构示意图；
图4是图3所示的基于凸状曲面绝缘栅堆垛结构的铁电存储器件的工艺流程图。
附图标记说明：
1-衬底；2-源极；3-漏极；4-绝缘层；5-铁电层；6-金属层；7-场氧层；8-金属电极。
具体实施方式
为了进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及具体实施方式，对依据本发明提出的基于曲面绝缘栅堆垛结构的铁电存储器件及其制备方法进行详细说明。
有关本发明的前述及其他技术内容、特点及功效，在以下配合附图的具体实施方式详细说明中即可清楚地呈现。通过具体实施方式的说明，可对本发明为达成预定目的所采取的技术手段及功效进行更加深入且具体地了解，然而所附附图仅是提供参考与说明之用，并非用来对本发明的技术方案加以限制。
应当说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的物品或者设备中还存在另外的相同要素。
实施例一
铁电栅场效应晶体管(FeFET)在反复擦写过程中，在金属-铁电层-绝缘层-半导体(MFIS)栅结构中，由于栅极电场反复擦写导致绝缘层上的能带显著弯曲，使得电荷在循环电压作用下不断地隧穿于绝缘层中，导致绝缘层缺陷密度增大。绝缘层/硅界面与边界的缺陷密度增大，导致绝缘层在循环电场作用下率先发生击穿，最终导致器件发生疲劳失效。因此，现有氧化铪基FeFET的疲劳次数大多在1E5-1E6次，难以满足商业化铁电存储器的性能要求。本实施例提出了一种凹面绝缘栅堆垛结构及其晶体管的结构，可以有效减小栅极电压作用下绝缘层隧穿电荷的产生。
本发明实施例提供了一种基于曲面绝缘栅堆垛结构的铁电存储器件，其特征在于，包括衬底、沟道层、源极、漏极以及曲面绝缘栅堆垛结构，其中，所述沟道层位于所述衬底的上表面，所述源极和所述漏极分别嵌入在所述沟道层左右两侧，所述曲面绝缘栅堆垛结构设置在所述沟道层上表面且位于所述源极与所述漏极之间；所述曲面绝缘栅堆垛结构包括凸状曲面和凹状曲面两种曲面类型，且所述凸状曲面和凹状曲面均包括自下而上依次堆叠的绝缘层、铁电层和栅极金属层，不同类型堆垛栅结构中绝缘层界面面积均大于铁电层界面面积。
请参见图1，图1是本发明实施例提供的一种基于凹面绝缘栅堆垛结构的FeFET器件的结构示意图。该FeFET器件包括衬底1、沟道层(附图中未示出)、源极2、漏极3以及凹面绝缘栅堆垛结构，其中，沟道层位于衬底1的上表面，源极2和漏极3分别嵌入在沟道层左右两侧，凹面绝缘栅堆垛结构设置在沟道层上表面且位于源极2与漏极3之间；凹面绝缘栅堆垛结构包括自下而上依次堆叠的绝缘层4、铁电层5和栅极金属层6，并且绝缘层4、铁电层5和栅极金属层6的表面均为凹面，在所述沟道层上方还设置有场氧层7，位于源极2和漏极3上方的场氧层7上开设有上下连通的通孔，通孔内部填充有金属，从而形成金属电极8。绝缘层4界面面积均大于铁电层5界面面积。
换句话说，当曲面绝缘栅堆垛结构为凹状曲面时，沟道层衬底的上表面中心开设有一个球面凹槽；源极2和漏极3分别嵌入在沟道层衬底上表面且位于球面凹槽左右两侧；绝缘层4、铁电层5和栅极金属层6自下而上依次设置在球面凹槽，并且绝缘层4、铁电层5和栅极金属层6均呈凹面形状。
在本实施例中，源极2和漏极3为在衬底1上表面左右两侧进行离子注入形成。栅极金属6为高导电性材料，包括但不限于Al、Cu、Au、Pt、W、TiN、多晶硅、Ru或Ir材料等，厚度为10-100nm；铁电层5材料包括但不限于氧化铪、锆钛酸铅PZT、钽酸锶铋SBT等铁电材料，铁电层5的掺杂元素包括但不限于Si、Zr、Sr、La、Lu、Gd、Sc、Nd、Ga中一种或多种，厚度为5-50nm；绝缘层4材料包括但不仅限于SiO2、HfO2、ZrO2、La2O3、Al2O3或CeO2等材料，厚度为0.5-5nm；衬底1材料包括但不仅限于硅、锗、氮化镓、砷化镓或SOI材料。场氧层7的材料为SiO2，厚度为350nm。
进一步地，在所述通孔内部填充的金属包括但不限于Al、Pt、Au等金属。
需要说明的是，绝缘层和铁电层均为顶面向两侧凹起的凹面型堆垛结构，各层厚度均匀且层间界面应紧密贴合。但对于铁电层与栅极金属层界面层形状并不局限于该球状凹面形结构，例如在一些其他实施例中，铁电层与栅极金属层的接触界面为水平面。
本发明实施例提出利用凹面绝缘栅堆垛结构及其晶体管的设计来增强氧化铪基FeFET的抗疲劳性性能。该结构通过调节铁电层和绝缘层界面处承受栅极电压的面积比例，减少绝缘层上单位面积承受的有效电场强度，达到抑制循环电场作用下绝缘层中电子隧穿过程，进而增强氧化铪基FeFET器件的抗疲劳性能。
针对基于MFIS结构的铁电场效应晶体管，目前增加绝缘层厚度用于减小栅极电压作用下绝缘层隧穿电荷产生的方法，难以避免地会降低器件存储窗口；通过引入新的绝缘层材料减少绝缘层隧穿电荷产生的技术会因为元素的界面扩散作用和栅压下电荷注入作用对铁电层造成污染，影响器件的存储性能，并且对器件隧穿电流的减小也相对有限，器件击穿失效寿命提升并不明显。利用本发明实施例中球形凹面绝缘层作为栅极的技术可提高绝缘层与铁电层的有效接触面积，降低铁电层与绝缘层界面处铁电层偶极子的实际分布密度，可以有效减小栅极电压作用下由于隧穿电荷累计造成的器件疲劳失效问题，且可以避免器件存储窗口退化和由于扩散作用、离子注入导致的铁电层污染问题。
实施例二
在实施例一的基础上，本实施例提出了一种凹状绝缘栅堆垛结构及其晶体管的结构，通过凹状结构的设计，可以提高绝缘层相对于铁电层实际承受栅极电压区域的面积比例，有效减小栅极电压作用下绝缘层隧穿电荷的产生。所述的制备流程参见图2，包括：
S1：选取P型Si(100)衬底，随后将所述衬底依次利用H2SO4+H2O2(SPM)溶液、DHF溶液以及去离子水进行清洗，去除衬底表面的金属颗粒及有机污染物。
S2：在衬底1上表面形成沟道层，并在所述沟道层两侧进行离子注入，分别形成源极2区域和漏极3区域，如图2(a)所示。离子注入的能量为100keV，注入的剂量为1×1014cm-2。
S3：在源极2区域与漏极3区域之间的栅极区域沟道层上利用反应离子刻蚀基底表面形成凹槽，如图2(b)所示。
S4：在所述沟道层表面及所述凹槽内部自下而上依次堆叠生长绝缘层4、铁电层5和栅极金属层6，形成多层薄膜结构，如图2(c)所示。
具体地，采用原子层沉积工艺在所述凹槽表面中间沉积3nm厚的Al2O3薄膜，沉积温度为270℃，金属铝有机源和氧源分别为TMA和H2O，随后使用氩气吹扫原子层沉积反应剩余产物。采用原子层沉积工艺在Al2O3绝缘薄膜上原位沉积10nm厚HZO(Hf:Zr＝1:1)铁电薄膜，沉积温度为270℃，金属铪源和锆源分别为TDMA-Hf和TDMA-Zr，水源为H2O随后使用氩气吹扫原子层沉积反应剩余产物。最后，磁控溅射在小于1×10-3pa真空环境下沉积40nm栅极金属层(W电极)。采用快速热退火使铁电薄膜晶化，退火条件550℃保温30s，升温速率20k/s，降温速率150k/s。
S5：采用等离子刻蚀技术刻蚀非栅极区域的多层薄膜结构，形成凹面栅结构；并对所述凹面栅结构的上表面进行分层刻蚀，使得铁电层的上表面面积小于绝缘层上表面面积，形成凹状绝缘栅堆垛结构，如图2(d)所示。
S6：采用场氧法在所述沟道层和所述凹面栅结构上生长厚度为350nm的SiO2场氧层7，如图2(e)所示。
S7：在所述源极区域和所述漏极区域上方的场氧层7采用DHF溶液刻蚀SiO2层形成上下连通的通孔，并在所述通孔内部填充金属，形成金属电极8，以完成源极和漏极的制备。
需要说明的是，绝缘层和铁电层均为顶面向两侧凹起的凹面型堆垛结构，各层厚度均匀且层间界面应紧密贴合。但对于FE层与栅极金属层界面层形状并不局限于该球状凹面形结构，例如在一些其他实施例中，FE层与栅极金属层的接触界面为水平面。
实施例三
本实施例提供了另一种基于凸面绝缘栅堆垛结构的FeFET器件，请参见图3，该FeFET器件包括衬底1、沟道层(附图中未示出)、源极2、漏极3以及凸面绝缘栅堆垛结构，其中，所述沟道层位于所述衬底1的上表面，所述源极2和所述漏极3分别嵌入在所述沟道层左右两侧，所述凸面绝缘栅堆垛结构包括自下而上依次堆叠的绝缘层4、铁电层5和栅极金属层6，并且绝缘层4、铁电层5和栅极金属层6的表面均为凸面。
在所述沟道层上方还设置有场氧层7，位于所述源极2和所述漏极3上方的场氧层7绝缘层上开设有上下连通的通孔，所述通孔内部填充有金属，从而形成金属电极8。绝缘层4界面面积均大于铁电层5界面面积。
进一步地，源极2和漏极3为在衬底1上表面左右两侧进行离子注入形成。栅极金属层6为高导电性材料，包括但不限于Al、Cu、Au、Pt、W、TiN、多晶硅、Ru或Ir材料等，厚度为10-100nm；铁电层5材料包括但不限于氧化铪、锆钛酸铅PZT、钽酸锶铋SBT等铁电材料，铁电层5的掺杂元素包括但不限于Si、Zr、Sr、La、Lu、Gd、Sc、Nd、Ga中一种或多种，厚度为5-50nm；绝缘,4材料包括但不仅限于SiO2、HfO2、ZrO2、La2O3、Al2O3或CeO2等材料，厚度为0.5-5nm；衬底1材料包括但不仅限于硅、锗、氮化镓、砷化镓或SOI材料。场氧层7的材料为SiO2，厚度为350nm。
实施例四
在实施例三的基础上，本实施例提出了一种基于凸面绝缘栅堆垛结构的铁电存储的制备方法，请参见图4，所述制备方法包括：
S1：选取P型Si(100)衬底1，随后将所述衬底依次利用H2SO4+H2O2(SPM)溶液、DHF溶液以及去离子水进行清洗，去除衬底表面的金属颗粒及有机污染物。
S2：对衬底进行处理，使其衬底表面为凸状结构。
S3：在衬底凸状结构上表面形成沟道层，在所述沟道层两侧形成源极2区域和漏极3区域，如图4(a)所示。离子注入的能量为100keV，注入的剂量为1×1014cm-2
S4：在沟道层上表面自下而上依次堆叠生长绝缘层4、铁电层5和栅极金属层6，所述绝缘层5和所述铁电层5表面分别为凸状结构，如图4(b)所示。
具体地，采用原子层沉积工艺在所述沟道层上表面中间沉积3nm厚的Al2O3薄膜，沉积温度为270℃，金属铝有机源和氧源分别为TMA和H2O，随后使用氩气吹扫原子层沉积反应剩余产物。采用原子层沉积工艺在Al2O3绝缘薄膜上原位沉积10nm厚HZO(Hf:Zr＝1:1)铁电薄膜，沉积温度为270℃，金属铪源和锆源分别为TDMA-Hf和TDMA-Zr，水源为H2O随后使用氩气吹扫原子层沉积反应剩余产物；磁控溅射在小于1×10-3pa真空环境下沉积40nm W电极；采用快速热退火使铁电薄膜晶化，退火条件550℃保温30s，升温速率20k/s，降温速率150k/s。
S5：刻蚀非栅极区域的多层薄膜结构，形成栅堆垛结构，并对所述栅堆垛结构上表面进行不同程度刻蚀，使得铁电层5的上表面面积小于绝缘层4上表面面积，形成凸状绝缘栅堆垛结构，如图4(c)所示。
S6：采用场氧法在沟道层和所述凸状绝缘栅堆垛结构上生长厚度为350nm的SiO2场氧层，如图4(d)所示。
S7：在所述源极区域和所述漏极区域上方的场氧层采用DHF溶液刻蚀SiO2层形成上下连通的通孔，并在所述通孔内部填充金属形成金属电极8，以完成源极和漏极的制备。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种基于曲面绝缘栅堆垛结构的铁电存储器件，其特征在于，包括衬底、沟道层、源极、漏极以及曲面绝缘栅堆垛结构，其中，
所述沟道层位于所述衬底的上表面，所述源极和所述漏极分别嵌入在所述沟道层左右两侧，所述曲面绝缘栅堆垛结构设置在所述沟道层上表面且位于所述源极与所述漏极之间；
所述曲面绝缘栅堆垛结构包括凸状曲面和凹状曲面两种曲面类型，且所述凸状曲面和凹状曲面均包括自下而上依次堆叠的绝缘层、铁电层和栅极金属层，不同类型堆垛栅结构中绝缘层界面面积均大于铁电层界面面积。
2.根据权利要求1所述的基于曲面绝缘栅堆垛结构的铁电存储器件，其特征在于，当所述曲面绝缘栅堆垛结构为凹状曲面时，所述沟道层的上表面中心开设有一个球面凹槽；所述源极和所述漏极分别嵌入在所述沟道层上表面且位于所述球面凹槽左右两侧；
所述绝缘层、所述铁电层和所述栅极金属层自下而上依次设置在所述球面凹槽，并且所述绝缘层、所述铁电层和所述栅极金属层均呈凹面形状。
3.根据权利要求1所述的基于曲面绝缘栅堆垛结构的铁电存储器件，其特征在于，当所述曲面绝缘栅堆垛结构为凸状曲面时，所述曲面绝缘栅堆垛结构设置在所述沟道层上表面且位于所述源极与所述漏极之间；
所述曲面绝缘栅堆垛结构包括自下而上依次堆叠的绝缘层、铁电层和栅极金属层，并且所述绝缘层、所述铁电层和所述栅极金属层的表面均为凸面。
4.根据权利要求1所述的基于曲面绝缘栅堆垛结构的铁电存储器件，其特征在于，所述绝缘层的材料包括SiO2、HfO2、ZrO2、La2O3、Al2O3或CeO2，所述栅极金属层的材料包括Al、Cu、Au、Pt、W或TiN，所述铁电层材料包括铁电氧化铪、铁电氧化锆、掺杂掺杂元素包括Si、Zr、Sr、La、Lu、Gd、Sc、Nd、Ga中一种或多种。
5.根据权利要求1所述的基于曲面绝缘栅堆垛结构的铁电存储器件，其特征在于，其特征在于，所述绝缘层的厚度为0.5nm-5nm；所述铁电层的厚度为5nm-50nm。
6.一种基于曲面绝缘栅堆垛结构的铁电存储器件的制备方法，其特征在于，所述曲面绝缘栅堆垛结构为凹状曲面，所述制备方法包括：
S1：选取衬底并清洗；
S2：在所述衬底上表面形成沟道层，在所述沟道层两侧形成源极区域和漏极区域；
S3：在所述源极区域与所述漏极区域之间的栅极区域沟道层上利用反应离子刻蚀基底表面形成凹槽；
S4：在所述沟道层上表面及所述凹槽内部自下而上依次堆叠生长绝缘层、铁电层和栅极金属层，形成多层薄膜结构；
S5：采用刻蚀技术刻蚀非凹槽区域的多层薄膜结构，形成凹槽内部的凹面栅结构；
S6：采用场氧法在所述沟道层和所述凹面栅结构上生长SiO2场氧层；
S7：在所述源极区域和所述漏极区域上方的场氧层上刻蚀SiO2层形成上下连通的通孔，并在所述通孔内部填充金属，以完成源极和漏极的制备。
7.根据权利要求6所述的基于曲面绝缘栅堆垛结构的铁电存储器件的制备方法，其特征在于，所述S4包括：
S4.1：在所述沟道层表面及所述凹槽内部沉积形成厚度为0.5-5nm的绝缘层；
S4.2：利用薄膜沉积技术在所述绝缘层上沉积5-50nm厚度的铁电层，其中，沉积温度为室温-700°；
S4.3：在所述铁电层上表面沉积10-100nm厚的栅极金属层；
S4.4：退火，退火温度为300℃-1050℃，使所述铁电层完成结晶。
8.一种基于曲面绝缘栅堆垛结构的铁电存储器件的制备方法，其特征在于，所述曲面绝缘栅堆垛结构为凸状曲面，所述制备方法包括：
S1：选取衬底并清洗；
S2：对衬底进行处理，使其衬底表面为凸状结构；
S3：在衬底凸状结构上表面形成沟道层，在所述沟道层两侧形成源极区域和漏极区域；
S4：在所述沟道层上表面自下而上依次堆叠生长绝缘层、铁电层和栅极金属层，所述绝缘层和所述铁电层表面分别为凸状结构；
S5：刻蚀非栅极区域的多层薄膜结构，形成栅堆垛结构，并对所述栅堆垛结构上表面进行不同程度刻蚀，使得铁电层的上表面面积小于绝缘层上表面面积，形成凸状绝缘栅堆垛结构；
S6：采用场氧法在所述衬底和所述凸状绝缘栅堆垛结构上生长SiO2场氧层；
S7：在所述源极区域和所述漏极区域上方的场氧层刻蚀形成上下连通的通孔，并在所述通孔内部填充金属，以完成源极和漏极的制备。
9.根据权利要求8所述的基于曲面绝缘栅堆垛结构的铁电存储器件的制备方法，其特征在于，所述S4包括：
S4.1：在所述衬底凸状结构上沉积形成厚度为0.5-5nm的绝缘层；
S4.2：利用薄膜沉积技术在所述绝缘层上沉积厚度为5-50nm的铁电层，其中，沉积温度为室温-700°；
S4.3：在所述铁电层上表面沉积10-100nm厚的栅极金属层；
S4.4：退火，退火温度为300℃-1050℃，使所述铁电层完成结晶。
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