TW439128B - Ferro-electric transistor, a memory-cells arrangement with such ferro-electric transistors and method for its production - Google Patents

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4 3 2 8^ A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明説明 ( 1 ) 1 1 本 發 明 係 關 於 一 種 鐵 電 式 電 晶 體 » 其 具 有 二 個 源 極 / 1 I | 汲 極 一 個 通 道 區 及 一 個 閘 極 電 極 t 其 中 閘 極 雷 搔 和 1 通 道 區 之 間 設 置 .. * 種 由 鐵 電 材 料 所 構 成 之 層 〇 此 電 晶 體 請 1 I 1 之 導 電 性 是 與 此 種 m 電 材 料 所 構 成 之 層 之 極 化 狀 態 有 關 閱 1 0 此 種 鐵 電 式 電 晶 ASM 體 是 靥 永 久 性 記 憶 體 之 探 討 範 tan m 〇 數 背 1 1 位 資 訊 之 二 種 不 同 之 理 輯 值 對 應 於 此 種 赖 電 材 料 層 之 二 意 I 1 事 1 種 不 同 之 極 化 狀 態 〇 此 種 鐵 電 式 電 晶 體 之 其 它 應 用 可 能 項 再 1 I 性 例 如 是 神 經 網 路 0 寫 本 1 裝 I 已 知 已 使 用 m 電 式 電 晶 體 作 為 記 憶 體 單 胞 ( 或 稱 記 憶 頁 1 | 胞 ) 配 置 之 記 憶 ΠΛγ· 胞 1 例 如 可 參 閱 T . N a k am U Γ a , Y • 1 N a k a 0 * A Ka m i s a w a 1 Η . Τ ak a s U ： A s in g I e Tr an si S t 0 Γ 1 1 Fe r r 〇 e 1 e c t r i c He ffl 0 r y C el 1 , IEEE , I sscc « 1995 * page I 訂 1 68 -6 9 ) 每- -個撖電式電晶體都達接在電源線和位元線 之 間 9 其 選 取 是 經 由 背 面 之 閘 極 來 達 成 ο 所 使 用 之 m 電 1 1 式 電 晶 體 因 此 在 搛 電 層 和 閘 極 氧 化 物 之 間 具 有 種 浮 動 1 I 式 閘 極 電 極 % 其 電 荷 量 是 由 鐵 電 層 之 極 化 狀 態 來 控 制 〇 1 1 線 ! 已 顯 示 之 情 況 是 在 謓 出 資 訊 時 電 壓 下 降 於 未 選 取 之 各 記 憶 胞 上 ! 這 樣 會 使 各 別 記 憶 胞 中 所 儲 存 之 資 訊 失 真 0 此 種 失 真 歸 因 於 AMt m 電 材 料 中 各 領 域 (D ο π a i η ) 之 折 合 ί.Βί 趣 程 1 1 是 統 計 上 之 g m 現 象 且 在 較 小 之 電 壓 中 即 可 引 起 1 1 本 發 明 之 的 是 提 供 種 m 電 式 電 晶 體 > 其 適 合 用 於 1 I 作 記 憶 胞 配 置 中 之 記 憶 胞 且 在 讀 出 ΐ W 過 程 中 可 防 止 已 寫 入 1 1 之 資 訊 被 改 變 0 it 外 9 本 發 明 亦 涉 及 此 種 電 晶 體 之 製 造 1 1 方 法 〇 -3 1 1 1 1 1 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210 X 297公釐） 43 91 28 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明説明（ 2 ) 1 1 此 種 g 的 是 由 甲 請 專 利 範 圍 第 1 項 之 m 電 式 電 晶 體 Μ 1 1 及 第 11項 之 製 造 方 法 來 達 成 〇 本 發 明 之 其 它 形 式 敘 述 在 1 1 甲 請 專 利 範 圍 其 餘 各 項 中 〇 請 1 先 1 此 種 m 電 式 電 晶 體 具 有 二 個 源 極 / 汲 極 區 » 其 配 置 在 閱 讀 1 I 半 導 體 基 板 中 〇 所 有 半 導 體 材 料 ( 特 別 是 單 晶 矽 ) 都 適 背 1 I 之 1 合 用 作 半 導 體 基 板 1 半 導 體 基 板 因 此 可 以 是 單 晶 矽 晶 圓 注 意 1 事 1 或 SO I- 基 板 〇 1 1 在 上 述 二 個 源 極 / 汲 極 區 之 間 在 半 導 體 基 板 之 表 面 上 寫 本 1 裝 配 置 第 一 閘 極 中 間 層 及 第 一 閘 極 電 極 * 其 中 第 —"- 閘 極 中 頁 1 間 層 含 有 至 少 — 層 鐵 電 層 〇 在 源 極 / 汲 極 區 之 間 的 速 接 1 線 之 方 向 中 在 第 一 閘 極 中 間 層 旁 配 置 第 二 閘 極 中 間 層 及 i 1 第 二 閘 極 電 極 其 中 第 二 閘 極 中 間 層 含 有 介 電 層 0 第 一 1 訂 閘 極 電 極 和 第 二 閘 極 電 極 經 由 二 極 體 结 構 而 互 相 連 接 〇 1 在 此 種 鐵 電 式 電 晶 體 中 -- 起 沿 著 源 極 / 汲 極 區 之 間 的 1 1 連 接 線 而 配 置 第 一 閘 極 電 極 和 第 二 閘 極 電 極 〇 此 種 鐵 電 1 I 式 電 晶 體 之 通 道 區 因 此 被 劃 分 其 中 此 通 道 區 之 位 於 第 1 1 線 一 閘 極 電 極 下 方 之 部 份 可 由 第 閘 極 電 極 上 之 有 效 電 荷 所 控 制 通 道 區 之 位 於 第 二 閘 極 電 極 下 方 之 部 份 可 由 第 1 | 二 閘 極 電 極 上 之 有 效 電 荷 所 控 制 〇 若 通 道 區 之 位 於 第 —. 1 1 閘 搔 電 極 下 方 之 部 份 Μ 及 通 道 區 之 位 於 第 二 閘 極 電 極 下 1 I 方 之 部 份 都 是 導 通 時 j 則 源 極 / 汲 極 區 之 間 只 有 一 種 電 [ f 流 流 通 0 1 1 須 設 定 上 述 二 極 體 结 構 之 極 性 1 使 得 在 施 加 電 壓 至 第 i I 二 m 極 電 極 ( 此 電 壓 可 控 制 第 二 閘 極 電 極 下 方 之 通 道 區 1 1 -4 1 1 1 1 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（2i〇X297公釐） κ 4391 2 8 at __Β7五、發明説明（3 ) 經濟部智慧財產局員工消費合作杜印製 1 時在趨 之制依電可 可極因性 便 極化二電 第體。且 區控區極則 構電-極 Μ 二極使戡 使 憶值方 極時道閘，。结極離層 ， 較中，使 可 記輯下 汲程通二 中體體閘隔電 壓 壓向成壓 此 之埵極。\ 過之第域晶極二相锇 電 電方達電 因用之電通極出方由區電二第壓止 種。此一來之 且 訊態極導源謓下藉之此的於電防 一訊，某壓上 ) 資狀閘不在在極。極經間降與可。加實成在電層 ff位化一時極則電通電流之下而是訊腌除達層一電 (0數極第此電 .極導極流極只構於資上拭來電另鐵 止 為種於中極著閘不閘電閘壓结。之極或壓鐵之於 截 作二位態閘置 一或二有二電體層存電入電使反降 構。體定區狀二配第通第否第之極電儲極寫種可相下 结離晶設道化第起。導至是和用二锇所閘來一且性且 體隔電須通極和 一夠而通估極極由此變二用由大極1¾ 極相式中中種掻中足態接評電電藉越改第可藉遇由方 。 二壓電層態一電向已狀體可極極是跨會在這是壓藉通向 此電鐵電狀另極方即化晶中閘閘極降不可 ，此電是導方 畤此種戡化在閘之極棰電其一 二電壓此是化因止除成一 }與此種極 ，一 線電之使，第第極電因式極人截拭化另 性極用此種通第接極層制訊於制閘有且方層寫之之構成 電電使在一導於連閘電控資接控 一會變 一 電訊構訊結化 導極在則中層由的二戡之出連保第不改另鐵資結資體極 之閘 ，其電 間第據極謓 確。此之 使 體 搔層 家—^-----IT------.^ (請先間讀背面之注意事項#-%寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 _B7五、發明説明（4 ) 資訊之寫人和拭除之概念亦可用在上述翮係中且反之 亦然。 第二閘極中間層和第二閘極電極較佳是分別由二個部 份結構所組成，其是與第一閛極中間層成鏡面對稱而配 置。第二閘極電極之二個部份结構在電性上互相連接。 此種構造方式之優點是施加至第二閘極電極之電壓在諝 出操作時會造成一種電場，使鐵電層位於等電位線且因 此使鐵電層之極性絕不會改變。本發明此種構造對干擾 特別不敏感。 半導體基板之表面和辙電層之間設置一層鐵電層是有 利的，此介電層可使鐵電層之施加更容易。 就此種鐵電式電晶體之製造而言，形成一種介電層 (其配置在半導體表面和锇電層之間的第一閘極中間層） Μ及另一種介電層（其是第二閘極中間層之成份）Μ達 成連缜之介電層是有利的，在此種介電層之表面上產生 一種由鐵電層和第一閘極電極所構成之堆叠（stack)。 第一閛極電極及/或第二閘極電極較佳是上逑二極體 结構之一部份。以此種方式可使二極體结構之空間需求 減少。 第一閘極電極較佳是具有多晶矽，其是K第一導電型 來摻雜。第二閘極罨極同樣具有多晶矽，其是Μ和第一 導電型相反之第二第一導電型來接雜。第一閘極電極因 此與第二閘極電掻相鄰接，使此二搔體結構是由第一閘 極電極和第二閘極電極所構成。在此種構造方式中操作 -6 一 (請先閱讀背面之注意事項7‘寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS > Α4規格（210X297公釐） 439128 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明説明 ( 5 ) 1 1 此 種 m 電 式 電 晶 體 時 只 需 三 個 接 點 t 二 個 在 源 極 / 汲 極 1 1 [ 區 上 而 有 一 個 在 第 二 閘 極 電 掻 上 〇 另 —' 方 式 是 可 在 此 種 1 1 構 造 中 分 別 由 適 當 摻 雑 之 磊 晶 生 長 之 矽 來 構 成 第 一 閘 極 請 先 1 I 電 極 和 第 二 閘 極 電 極 〇 閱 讀 1 I 由 於 技 術 上 之 原 因 有 利 的 是 在 m 電 層 和 第 —- 閘 極 電 η 面. 之 1 1 極 之 間 設 置 __ 種 例 如 由 鉑 所 構 成 之 輔 助 層 其 可 防 止 餓 意 1 I 事 1 電 層 不 期 望 之 特 性 t 例 如 1 金 m 疲 乏 或 印 入 (i m p r i n t) 項 再 1 填 1 電 阻 〇 寫 本 裝 本 發 明 之 範 圍 亦 包 括 第 一 閘 極 中 間 層 含 有 一 種 介 電 層 頁 1 { » 此 介 電 層 是 由 Ce 0 ； Ϊ * Z r0 2 〇 3 或 其 它 具 有 盡 可 1 I 能 大 之 介 電 磁 化 率 (S U S c e p t i b i 1 i t y) 之 氣 化 物 ( 例 如 9 1 1 Sr T i 0 3 ) 所構成c 就第二閘極中間層中之介電層而言， 1 訂 1 1 特 別 是 Si 0 > » C eO 2 * Z r 〇 7 Y 2 0 ;或其它具有盡可 能 大 之 介 電 磁 化 率 之 氧 化 物 ( 例 如 Sr Τ ϊ 0 ) 是適當 1 1 的 〇 介 電 層 另 外 亦 可 由 鉅 酸 m 锶 (SBT), 钛酸結鉛（P Z T ) 1 I 1 鈮 酸 鋰 (L i HbO 3 )或钛酸緦鋇（BST) 所 構 成 〇 I 線 1 此 種 鐵 電 式 電 晶 體 可 有 利 地 用 作 記 憶 胞 配 置 中 之 記 憶 胞 0 在 資 訊 之 讀 出 寫 入 和 拭 除 中 就 記 憶 胞 配 置 之 干 擾 1 可 靠 性 而 言 有 利 的 是 在 每 —· 記 憶 胞 中 除 了 锇 電 式 電 晶 體 1 1 之 外 另 設 置 一 種 選 擇 電 晶 體 ( 其 具 有 — 種 控 制 電 掻 ) 0 1 1 此 外 記 憶 胞 配 置 具 有 字 線 * 位 元 線 和 電 源 線 * 其 中 字 1 I 線 是 和 電 源 線 及 位 元 操 相 交 0 記 憶 胞 之 — 之 鐵 電 式 電 晶 1 1 體 是 連 接 在 二 條 巨 鄰 之 位 元 線 之 間 0 選 擇 電 晶 體 是 連 接 1 I 在 第 二 閘 極 電 極 和 電 壓 供 應 線 之 一 之 間 0 選 擇 電 晶 體 之 1 -7 1 1 1 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 經濟部智慧財產局SK工消費合作社印製 ：' i 2 8·" B7五、發明説明（6 ) 控制電極是與字線中之一相連接。 本發明Μ下將依據各實施例和圃式來說明。圖式簡單 說明： 第1圖娥電式電晶體之切面。 第2圖鐵電式電晶體之切面，其中第一閘極中間層和 第二閘極中間層具有一種連壤之介電層。 第3圖至第5圖製造第2圖中所示锇電式電晶體時之 各步驟。 第6圖一種記憶胞配置之電路圖。 在一種由單晶矽所構成之Ρ摻雜之半導體基板11中配 置二個源極/汲極區12。在源極/汲極區12之間在半導 體基板11之表面上配置第一閘極中間層13和第一閘極電 極14 (第1圖）。第一閘極中間層13在源極/汲極區12 之間的連接線方向中具有較源極/汲極區12之間之間距 遒小之尺寸。第一閘棰中間層13具有第一介電層131和 鐵電層132 。第一介電層131含有Ce〇2且厚度是5至 1 Ο η κι。鐵電層1 3 2之厚度是5 0至1 0 0 n m且含有钽酸铋緦 (SBT)或钛酸誥鉛（PZT)。第一閘極電極14之厚度是30 至50nm是由p +接雜之多晶矽（其摻雜物質濃度是數個 (severalMO19”3 )所構成。在第一閘極電極14和锇 電層132之間配置一種輔肋層15,其是用來保護鐵電層 132且由鉑所形成，厚度為30nm。 第一介電層131之側面配置一種層厚度是5至10nm之 由Si02所構成之第二介電層16。第二介電層16由二個 -8 - A7 I---------装-------訂------.^ (請先鬩讀背面•之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 43 912 8 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明説明 ( 7 ) 1 1 部 份 所 構 成 9 其 中 一 部 份 是 在 — 個 源 極 / 汲 極 區 12和 第 1 1 I 一 介 電 層 13 1 之 間 而 另 部 份 是 在 另 一 個 源 極 / 汲 極 區 1 1 1 2和 第 — 介 電 層 131 之 間 〇 第 二 介 電 層 1 6 之 此 二 個 部 份 '、 請 ! 1 是 對 第 —* 介 電 層 13 1 以 鏡 面 對 稱 之 方 式 而 配 置 〇 第 — 介 間 讀 1 背 I 電 層 16 之 此 二 個 部 份 是 作 為 第 二 閘 極 中 間 層 用 〇 在 第 二 面 之 1 介 電 tag? 層 16上 方 配 置 —* 種 由 η、 •摻雜之多晶矽所構成之第 意 1 事 1 閘 極 電 極 17 〇 第 二 閛 極 電 搔 17 覆 蓋 第 __. 閘 極 電 極 14 * 項 再 1 I 因 此 第 二 電 極 17在 第 1 圖 所 示 之 切 面 中 具 有 一 種 U 形 之 填 寫 本 1 裝 横 切 面 〇 第 二 閘 極 電 極 17 之 此 二 個 部 份 ( 其 配 置 在 第 二 頁 1 I 介 電 層 16之 上 述 個 郜 份 之 表 面 ) 在 電 性 上 是 互 相 連 接 1 1 的 〇 此 外 第 二 閘 極 電 極 17 鄰 接 於 第 一 閛 槿 電 極 1 4 之 表 1 1 面 〇 第 一 閘 極 電 極 1 4和 第 一 閘 極 電 極 17共 同 形 成 種 1 訂 掻 體 结 構 0 1 I 為 了 使 資 訊 寫 人 此 種 鐵 電 式 電 晶 體 中 1 則 ρ η 接 面 ( 其 1 1 由 第 一 閘 極 電 極 1 4和 第 二 閘 掻 電 極 17所 構 成 ) 須 操 作 於 1 1 等 通 方 向 中 t 即 • 負 的 電 壓 哌 波 須 施 加 於 η h摻雜之第 1 線 1 二 閘 極 電 極 17 〇 因 此 須 使 鐵 電 層 132 極 化 使 通 道 區 之 位 於 第 一 閘 極 中 間 層 13下 方 之 部 份 處 於 累 積 (a C C u π u 1 a t i ο η ) 狀 態 中 而 被 截 止 (〇 f f ) 〇 1 反 之 1 為 了 謓 出 此 記 憶 體 電 晶 體 之 實 訊 則 Ρ η 接 面 1 1 ( 其 由 第 — 閘 極 電 極 1 4和 第 二 閘 極 電 極 17所 構 成 ) 須 在 1 I 截 止 方 向 中 於 小 於 崩 潰 (b re a k d 〇 w η) 電 壓 之 情 況 下 操 作 1 1 〇 因 此 > 藉 由 翔 電 層 132 兩 側 之 第 二 閘 極 電 槿 17可 使 通 i 1 道 區 倒 反 (ϊ η V e r si ο η) 而 不 會 使 橄 電 層 132 之 極 化 狀 態 1 I -1S 1 1 1 [ 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（2丨OX 297公釐） A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明説明 ( 8 ) \ ! 改 變 〇 只 有 當 m 電 層 132 被 極 化 » 使 通 道 區 Μ 倒 反 1 I (i η ν e r si on ) 方 式 存 在 於 通 道 區 之 位 於 第 一 閘 極 中 間 層 1 i 13下 方 ( 即 S 位 於 ΛΜ· 鍋 電 層 132 下 方 ) 之 此 一 部 份 中 時 * 請 1 先 1 才 有 m 流 流 經 此 電 晶 體 0 否 則 不 會 有 電 流 流 經 此 電 晶 體 閲 讀 1 〇 此 種 狀 態 電 流 流 經 電 晶 體 或 無 電 流 流 經 電 晶 體 因 此 對 背 ! | 之 1 應 於 不 同 之 邏 輯 資 訊 〇 注 1 1 | 為 了 拭 除 鐵 電 層 132 中 所 儲 存 之 資 訊 則 由 第 一 閘 極 争 項 1 1 電 極 1 4和 第 二 閘 極 電 極 17所 形 成 被 極 化 使 通 道 區 Μ 倒 % 寫 1 裝 1 反 (i η ν e r si on ) 方 式 存 在 於 第 —_ 閘 搔 中 間 層 13下 方 而 導 頁 、·Τ 1 I 通 〇 1 1 r 在 另 __- 實 陁 例 ( 第 2 圖 ) 中 半 導 體 基 板 2 1 具 有 二 個 1 1 源 極 / 汲 極 區 22 其 類 似 於 第 1 圖 中 所 示 之 方 式 而 構 成 1 訂 > 在 源 極 / 汲 掻 區 22 之 間 在 半 導 體 基 板 21 之 表 面 上 配 置 1 一 種 介 電 層 26 其 層 厚 度 是 5 至 1 0 n m 且 由 Ce 0 2或Ζ r0 2 1 1 所 構 成 〇 在 介 電 層 26 之 表 面 上 配 置 — 種 鐵 電 層 23 t 其 與 1 I 基 板 21 表 面 平 行 之 横 切 面 小 於 介 電 層 26 之 横 切 面 0 介 電 1 1 線 1 層 26在 側 面 上 突 出 於 撖 電 層 23 之 外 〇 在 撖 電 層 23 之 表 面 上 配 置 — 層 輔 助 層 25且 在 輔 助 層 25表 面 上 配 置 第 -· 閘 極 1 I 電 極 24 〇 此 外 > 設 有 第 二 閘 極 電 極 27 > 其 在 鐵 電 層 23兩 1 1 側 抵 達 介 電 層 26 之 表 面 且 覆 蓋 第 —- 閘 極 電 棰 24 〇 鐵 電 層 1 I 23 , 輔 助 層 25 ， 第 — 閘 極 電 極 24及 第 二 閘 極 電 極 27 類 U 1 I 於 第 1 圖 所 述 之 方 式 而 構 成 0 第 2 圖 中 所 示 之 賴 電 式 電 J 1 晶 體 之 操 作 方 式 亦 類 似 於 第 1 圖 中 者 0 1 [ 為 了 製 成 第 2 1st 画 中 所 示 之 第 2 圖 中 所 示 之 鐵 電 式 電 晶 1 I -10- 1 1 1 1 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（2Ϊ0Χ 297公釐） A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明説明 ( 9 ) 1 1 體 1 須 在 半 導 體 基 板 21 之 表 面 上 沈 積 介 電 層 26 ,其 中 基 1 1 | 板 21 中 須 以 一 種 隔 離 技 術 9 例 如 L0C0S 技 術 或ST I 1 1 (S h a 1 1 0 W Τ re n c h is 〇 1 a t 1 0 η ) 技 術 來 界 定 主 動 區和 非 主 請 1 I 先 1 動 區 ( 未 顯 示 ) 且 Μ 習 知 方 式 使 盆 形 區 植 入 基 板21 中 閱 1 I ( 未 顯 示 ) 0 在 介 電 層 26上 Μ - 種 單 階 段 或 多 階段 之 溶 背 1 I 之 1 1 膠 (S 0 1 G e 1 )方法或M C V D 程序施加鐵電層23 c 然後在 注 意 1 I 事 1 700 1時進行- -種退火過程， Μ便使镦電層23形成所期 項 弄 1 1 望 之 鐵 電 相 位 (P h a s e ) >在鐵電層2 3之表面上然後藉由 蜞 本 I 威 1 濺 鍍 法 而 施 加 —1 層 由 鉑 所 構 成 之 輔 助 層 25 〇 在 輔助 層 2 5 頁 V 1 I 上 沈 積 一 種 P 摻 雜 之 多 晶 矽 層 24 f (請參閱第3 圖） C 1 1 i 然 後 在 使 用 光 阻 遮 層 ( 其 界 定 了 第 一 閘 極 電 極24之 形 1 [ 式 ) 對 P H 摻 雜 之 多 晶 矽 層 24 r * 輔 助 層 25及 鐵電 層 23 ί 訂 1 進 行 结 構 化 直 至 介 電 層 26 之 表 面 為 止 〇 此 時 使 用一 種 多 階 段 之 蝕 刻 方 法 * 其 中 為 了 使 P H 摻 雜 之 多 晶 矽層 24 r 1 1 结 構 化 須 使 用 HB r 或 HC 1 , 為 了 使 銷 電 層 26之 輔 助層 25结 1 I 構 化 » 則 使 用 一 棰 具 有 較 重 領 體 ( 例 如 1 SF 6 ,BC 1 ) 1 1 線 1 添 加 物 之 C 1 2 及 / 或 Ar 〇 然 後 沈 積 一 種 η - 摻 雜 之 多 晶 矽 層 27 1 t 其厚度是在1 20 丨 | 至 1 5 0 π Ώ 之 間 0 在 隨 後 之 多 階 段 蝕 刻 過 程 中 須 蔚η - 摻 雜 1 1 之 多 晶 矽 層 27 和 介 電 層 26進 行 結 構 化 » 藉 此 形成 第 二 1 1 閘 掻 電 極 27 〇 第 二 閘 極 電 極 27在 二 側 之 側 面 上 重昼 於 第 1 I — 閘 極 電 極 24上 0 為 了 對 η 一 摻 雜 之 多 晶 矽 27 進行 结 構 ] ] 化 % 須 使 用 HB Γ 或 HC 1 * 對 此 介 電 層 26 之 结 構 化則 使 用 1 I C 1 * A r 或 一 種 由 C 1 和 Ar 所 形 成 之 混 合 物 且 添 加 較重 之 氣 1 I -1 1 - 1 1 1 1 本紙張尺度適用中國國家標隼（CNS ) A4規格（210X297公釐） 439128 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明説明 ( 1〇) 1 ! 體 1 例 如 » SF 6 * BC 1 3 (第5 圖） 0 1 f 1 然 藉 由 砷 之 植 入 Μ 對 第 二 閘 極 電 極 24 自 動 對 準 之 方 式 1 1 而 植 入 源 極 / 汲 極 區 22 〇 於 是 製 成 第 2 圖 中 所 示 之 锁 電 請 弁 1 ! 式 電 晶 體 〇 讀 1 1 上 述 之 製 造 方 法 可 以 有 很 多 方 式 0 特 別 是 確 定 此 截 電 月 之 1 i 層 23所 期 望 之 鐵 電 相 位 (Ρ ha s e ) 時 所 用 之 退 火 趣 程 亦 可 注 意 1 I 事 1 P — 摻 雜 之 多 晶 矽 層 沈 積 之 後 進 行 ( 當 所 爾 之 溫 度 足 夠 低 項 ί 1 1 * 使 Si 0 ϊ .不會彤成於輔助層25上方及第- -電極下方時） 填 寫 本 1 裝 I 或 較 佳 是 在 輔 助 層 25沈 積 之 後 才 進 行 Ο 此 外 9 在 第 —k 閘 頁 1 極 電 極 24结 構 化 時 此 介 電 層 26可 一 起 被 結 構 化 宜 至 半 導 J 1 I 體 基 板 12之 表 面 為 止 且 在 形 成 第 一 閘 極 電 極 24之 後 才 進 1 1 行 退 火 步 揉 〇 在 此 種 情 況 下 在 此 種 退 火 νΓΒ_ 趣 程 中 在 第 — 閘 1 訂 1 極 電 極 24之 側 面 上 於 半 専 體 基 板 21 之 表 面 上 可 形 成 一 種 Si 0 i層， 此S 10 2 層 然 後 在 第 一 閘 槿 電 極 24 側 面 之 第 二 1 1 閘 極 電 極 27下 方 作 為 閘 極 氧 化 物 用 〇 在 此 情 況 下 較 佳 是 ! I 須 進 行 此 種 退 火 步 驟 1 使 第 __. 閘 極 電 極 24和 輔 助 層 25之 1 1 線 1 間 不 會 同 時 產 生 Si 0 ϊ層 3 此 外 » 可 產 生 這 具 有 LDD- 外 型 (P Γ 0 f i 1 e ) 之 源 極 / 1 I 汲 極 區 22 〇 為 了 此 —» 百 的 * 須 在 本 方 法 之 過 程 中 於 第 二 1 1 閘 極 電 極 27 之 邊 緣 上 形 成 —- 種 間 隔 層 (S P a c e r) 〇 1 ! 在 本 實 胞 例 中 已 描 述 —~- 種 η - 通 道 -電晶體之構造 。本 1 1 發 明 亦 可 類 似 地 用 來 製 成 一 種 ρ - 通 道 -電晶體， 在此種 1 1 情 況 下 所 有 之 導 電 型 式 都 須 相 對 a*it 懕 地 互 換 0 1 [ 在 一 種 記 憶 胞 配 置 中 設 置 許 多 記 憶 胞 1 其 中 每 一 記 憶 1 | -1 2 - 1 1 1 1 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Λ4規格（210X 297公釐） 4 3 912 8·’ A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明説明 ( 11 ) 1 1 胞 具 有 一 個 鐵 電 式 電 晶 體 FT及 一 個 選 擇 電 晶 體 AT ( 第 6 1 1 圈 ) 〇 m 電 式 電 晶 體 FT之 構 成 方 式 已 如 第 1 圃 和 第 2 圖 1 1 所 示 〇 選 擇 電 晶 體 AT 是 >1 M0S 電 晶 體 構 成 » 其 具 有 種 請 1 1 先 1 閘 極 電 極 〇 此 種 記 憶 胞 配 置 另 外 又 包 含 字 線 % 電 源 閱 1 線 VL和 位 元 線 BL 〇 字 線 WL是 與 甯 源 線 V L和 位 元 線 BL相 交。 背 1 I 之 1 I 每 一 個 記 億 胞 之 m 電 式 電 晶 體 FT分 別 連 接 在 二 條 相 郯 注 意 1 I 事 1 之 位 元 線 BL 之 間 〇 相 對 應 之 記 憶 胞 之 選 擇 電 晶 體 AT是 連 項 再 1 I 接 在 Affi 餓 電 式 電 晶 體 FT之 第 二 閘 極 電 極 和 電 源 線 VL 之 間 〇 寫 本 1 裝 1 選 擇 電 晶 體 AT 之 閘 極 電 極 是 與 字 線 WL 中 之 一 相 連 接 0 頁 1 I 記 憶 胞 之 選 取 是 在 記 憶 胞 配 置 中 藉 由 適 當 之 字 線 tf L和 1 1 I 適 當 之 電 源 線 V L來 達 成 〇 1 1 記 憶 胞 之 讀 取 是 藉 助 於 相 郞 位 元 線 BL ( 在 其 間 連 接 相 1 訂 對 應 之 鐵 電 式 電 晶 體 FT) 之 間 的 連 缜 性 測 試 來 達 成 0 為 1 了 讀 出 資 訊 t 則 相 關 之 電 源 線 VL須 施 加 一 種 電 壓 位 準 1 1 使 此 種 由 第 一 閘 極 電 極 和 第 二 閘 極 電 極 所 形 成 之 Ρ π 接 1 I 面 在 鐵 電 式 電 晶 體 中 是 在 小 於 崩 潰 電 壓 時 在 截 止 方 向 中 1 1 線 1 操 作 〇 第 二 閘 極 電 極 因 此 使 鐵 電 層 側 面 之 m 電 式 電 晶 體 之 通 道 區 局 部 地 倒 反 (i η ν e r si ο η ) 而 不 會 改 變 此 鐵 電 層 1 I 之 極 化 狀 態 〇 只 有 當 此 翔 電 層 被 極 化 i 使 通 道 區 Μ 倒 反 1 1 方 式 亦 存 在 於 m 電 層 下 方 時 t 才 有 電 流 流 經 此 &廿 m 電 式 電 1 1 晶 體 〇 只 有 當 所 選 取 之 m 電 式 電 晶 體 FT接 通 時 ( 即 « 當 ! Aj-fc 鐵 電 層 適 當 地 被 極 化 時 ) 才 有 電 流 在 相 鄰 之 位 元 線 BL 1 1 之 間 流 動 0 1 ] 為 7 使 資 訊 寫 入 記 憶 胞 之 此 種 锇 電 式 電 晶 體 FT中 1 則 1 I -1 3- 1 1 1 [ 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Ad規格（210X297公釐} A7 B7 五、發明説明 ( 12 ) 1 ] 同 樣 須 經 由 適 當 之 字 線 WL及 適 當 之 電 源 線 VL來 進行 選 擇 1 1 〇 在 此 情 況 下 相 對 應 之 電 源 線 VL 須 施 加 __. 種 位 準， 藉 由 1 1 此 位 準 使 Ρ η -接面 (其中鐵電式電晶體FT之第- -閘極電 請 1 I 先 1 極 和 第 二 閘 極 電 極 所 構 成 ) 在 導 通 方 向 中 操 作 。鐵 電 層 間 讀 1 I 因 此 可 被 極 化 使 m 電 層 下 方 之 通 道 區 處 於 累 積 背 1 I 之 1 I (a C C u m u 1 a t Ϊ 0 η ) 狀 態 中 而 截 止 (off) > 注 意 1 1 事 1 為 了 拭 除 記 憶 胞 之 鐵 電 式 電 晶 體 中 之 責 訊 同樣 須 經 項 ! I 由 字 線 WL和 電 源 線 VL來 選 取 記 憶 胞 〇 在 電 源 線 VL上 須 施 填 寫 本 1 裝 1 加 一 種 電 壓 位 準 t 使 由 此 Α«ι m 電 式 電 B 阳 體 之 第 —^ 閘極 電 極 頁 1 和 第 二 閘 極 電 極 所 構 成 之 ρ η -接面在截止方向中在大於 1 1 I 其 崩 潰 電 壓 之 情 況 下 操 作 0 Afr· m 電 層 因 此 被 極 化 ,使 鐵 電 1 1 層 下 方 之 通 道 區 處 於 倒 反 (i η ν e r si on)狀態中而導通 1 訂 1 在 譲 出 過 程 寫 人 過 程 Μ 及 拭 除 過 程 中 所 有 其它 之 記 憶 胞 ( 其 與 相 同 之 位 元 線 BL相 連 接 或 與 電 源 線 VL相 連 接） I 1 是 與 其 它 之 字 線 ΐ/L相 連 接 ο 這 記 憶 胞 因 此 不 被選 取 而 ί 1 在 截 止 (off) 狀 態 中 0 f 線 各 種 不 同 之 操 作 狀 態 ( 寫 人 i _ 出 杏 拭 除 ) 是藉 由 電 源 線 上 不 同 之 電 壓 位 準 來 調 整 0 就 此 種 具 有 Affi m 電式 電 晶 1 I 體 ( 其 鐵 電 材 料 之 矯 磁 (C 0 G Γ C i ν e)電 場 強 度 E c :大約是 1 1 30kV/c Μ , 介電層1 3 1 之 相 對 介 電 常 數 ε Γ大約是2 0 ) 之 1 i 記 憶 胞 配 置 之 操 作 ( 其 類 U 於 第 1 或 第 2 _ 中 所述 之 方 1 1 式 ) 而 -L.· 下 述 位 準 是 適 當 的 ： 1 1 m 出 ： + 0 .5V 1 l 寫 人 + 3V 1 I -1 4 — 1 1 1 1 準 標 f' 國 國 中 用 適 度 尺 張 紙 本 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 格 規 4 釐 公 7 A7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製

五、發明説明（13) 拭除：-3 V 符號之說明 11,21 12,22 13 131 132 23 14.24 24 ' 15.25 16 26 17,27 27 ' WL VL BL FT AT 半導體基板 源極/汲極區 第一閘極中間層 第一介電層 娥電層 鐵電層 第一閛極電極 P -摻雜之多晶矽層 輔助層 第二介電層 介電層 第二閘極電極 η -摻雜之多晶矽層 字線 電源線 位元線 鐵電式電晶體 選擇電晶體 -15- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（2丨0X297公釐） ----------裝-------訂------線 (請先Κ讀背面，之注意事項#--填寫本頁)

Claims (1)

1. 第88114248號「鐵電式電晶體，具有此種鐵電式電晶體之 S己憶體單胞配置及其製造方法」專利案 （90年2月修正） Λ申請專利範圍： 1. 一種鐵電式電晶體，其特徵爲： -在半導體基板（U)中設有二個源極/汲極區（12)， -在源極/汲極區（12)之間在半導體基板（11)之表面上 配置第一閘極中間層（13)和第一閘極電極（14),其中 第一閘極中間層（13)含有至少一層鐵電層（132)， -在源極/汲極區（12)之間在此二區域（12)之間的連接 線之方向中在第一閘極中間層（Π)旁側配置第二閘 極中間層（16)及第二閘極電極（17)，其中第二閘極中 間層（16)含有介電層（16)， -第一閘極電極（14)和第二閘極電極（17)經由二極體結 構而互相連接。 2. 如申請專利範圍第1項之鐵電式電晶體，其中 -第二閘極中間層（16)和第二閘極電極（17)分別由二個 部份結構所組成，此二個部份結構對第一閘極中間 層（13)以鏡面對稱方式配置著， -第二閘極電極（17)之此二個部份結構在電性上互相 連接。 3. 如申請專利範圍第1或第2項之鐵電式電晶體，其中 第一閘極中間層（13)含有介電層（131)，其配置在半導 體基板（11)之表面和鐵電層（132)之間。 4. 如申請專利範圍第3項之鐵電式電晶體，其中第一閘 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 χ 297公爱） A8 Βδ C8 D8

   、申請專利範圍 齊 it 極中間層之介電層（26)和第二閘極中間層之介電層（26) 構成連續之介電層（26)。 5. 如申請專利範圍第丨項之鐵電式電晶體，其中第一閘 極電極（14)及/或第二閘極電極（17)是二極體結構之— 部份。 6. 如申請專利範圍第5項之鐵電式電晶體，其中 -第一閘極電極（14)含有多晶矽，其是以第一導電型 來摻雜， -第二阐極電極（17)含有多晶矽，其是以和第一導電 型相反之第二導電型來接雜， -第一閘極電極（14)鄰接於第二閘極電極（17)。 7. 如申請專利範圍第1項之鐵電式電晶體，其中在鐵電 層（132)和第一閘極電極（14)之間設置一種輔助層 (15)。 8·如申請專利範圍第1項之鐵電式電晶體，其中 -第一閘極中間層含有Ce02, Zr02或Y2〇3, SrTi03， ‘第二閛極中間層（16)含有Si02,Ce02，Zr02或SrTi03, -鐵電層（132)含有鉬酸鉍鎇（SBT),鈦酸鍩鉛（PZT), 鈮酸鋰（LiNb03)或鈦酸緦鋇（BST), -半導體基板（11)含有單晶较。 9.—種記憶體單胞配置，其含有複數個記憶體單胞（或 稱記憶胞），這些記憶胞分別含有申請專利範圍第1 至第8項中任一項之鐵電式電晶體（FT)，其特徵爲： -設有字線（WL)，位元線（BL)及電源線（VL)，其中字線 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS〉A4規格（21G X 297公釐） '111-------裝—--訂--- 線 〈請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) ^391 28 A8 Μ CS Dn 丨六、申請專利範園 (WL)是與電源線和位元線相交， -每一記憶胞除了鐵電式電晶體（FT)之外另具有一種選 擇電晶體（AT),其含有一個控制電極， -記憶胞之鐵電式電晶體（FT)連接在相鄰之位元線（BL) 之間， -選擇電晶體（AT)連接在鐵電式電晶體（FT)之第二閘極 電極和電源線（VL)之間， -選擇電晶體（AT)之控制電極是與一條字線（WL)相連 接。 10. —種鐵電式電晶體之製造方法，其特徵爲： -在半導體基板（21)之表面上施加一種介電層（26)，鐵電 層（23)以及第一電極層（24·)， -第一電極層（241)和鐵電層（23)—起被結構化，藉此 產生第一閘極電極（24)， -施加第二電極層（27')且使其結構化，以便產生第二 閘極電極（27)，其鄰接於第一閘極電極（24)且在側邊 重疊於第一閘極電極（24)上， -第一閘極電極（24)和第二閘極電極（27)之材料須互相 調整，使第一閘極電極（24)和第二閘極電極（27)形成 一個二極體結構。 11. 一種鐵電式電晶體之製造方法，其特徵爲： -在半導體基板（21)之表面上施加第一閘極中間層（26)， 鐵電層（23)以及第一電極層（24')， -第一電極層（24·)，鐵電層（23)和第一聞極中間層（26) 束紙張K度適用中國國家標率（CNS丨规格（；!丨0.x2r·*7公嫠） ---^!'1------f------訂------線 一-?先閱爾.?·"之注意事項再填寫本頁) gjr郎智慧消費合作社印製 i六、申請專利範圍 一起被結構化，藉此產生第一閘極電極（24)， -在第一閘極中間層（26)側面產生第二閘極中間層（16)， 其具有一種介電層， -施加一種第二電極層（27 J且使其結構化，以便產生 丨 第二閘極電極（27),其鄰接於第一閘極電極（24)且在 側面重疊於第一閘極電極（24)上， -第一閘極電極（24)和第二閘極電極（27)之材料須互相 調整，使第一閛極電極（24)和第二閘極電極（27)形成 一種二極體結構。 12·如申請專利範圍第1〇或n項之方法，其中在鐵電層（23) 和第一電極層（24，）之間施加一種輔助層（25)，其與鐡 電層（23)和第一電極層（24,) 一起被結構化。 — , !r i i1 -I I—! -I - - i·'*’ Illl .^n ---"'In nn — -::=-?先闆#.*面之注急事項再填寫本頁) .¾.¾邹智,^財^.&.';&:工消費合作钍印製 -4- 本紙张又度適用中國國本.標摩 ( C’NS ) /\4規格（2丨(丨X 公轉）