TWI416670B - 記憶體電容裝置、場效電晶體裝置、非揮發性記憶體陣列及程式化之方法 - Google Patents

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Description

記憶體電容裝置、場效電晶體裝置、非揮發性記憶體陣列及程式化之方法
本文中所揭示之實施例係關於記憶體電容裝置、場效電晶體裝置、非揮發性記憶體陣列及程式化之方法。
電容器及場效電晶體係用於積體電路中(例如邏輯電路及記憶體電路中)之兩種類型之電子組件。一電容器之一個性質係其電容，其受諸如大小、構造及製造材料之若干個變量影響。一場效電晶體之一個性質係其臨限電壓。其係對電流穿過一通道區在一對源極/汲極區之間流動所需要之最小閘極電壓之一量測。影響臨限電壓之因素亦包含大小、構造及製造材料。
製造後之電容器及電晶體通常分別具有固定電容及固定臨限電壓，此與可變、可調整或可程式化電容及臨限電壓相對。
根據本發明之一實施例之一實例性記憶體電容裝置10顯示於圖1及2。其等顯示處於兩個不同經程式化狀態中之記憶體電容裝置10。可使用替代及/或額外經程式化狀態。
參照圖1，記憶體電容裝置10包括一對相對導電電極12及14。其等可由任何適當導電材料(例如元素金屬、元素金屬之合金、導電金屬化合物及/或導電摻雜之半導電材料)構成。電極12及14可具有相同或不同厚度。一實例性厚度範圍係自3奈米至100奈米。此外，導電電極12及14可相對於彼此具有相同或不同之組成，且不論可係或可非係均質。在一個實例中，其等實質上可由元素鉑組成。
在相對導電電極12與14之間容納至少兩種材料16及18。材料16係一靜態可程式化半導電材料，其包括容納於一電介質內之移動摻雜劑。其可在至少兩個特徵在於不同電容值之不同狀態之間靜態程式化。該等狀態中之至少一者包含該等移動摻雜劑之局部化或積聚，使得一電介質區形成於材料16內。可使用兩個以上可程式化狀態。
在本文件之上下文中，一「移動摻雜劑」係半導電材料之一組分(不同於一自由電子)，其在於至少兩個不同靜態狀態之間重複地程式化該裝置之正常裝置操作期間藉由施加電壓差至該對電極而可移動至該電介質內之不同位置。實例包含在一以其他方式化學計量之材料中之原子空位以及原子填隙。具體實例性移動摻雜劑包含非晶或結晶氧化物或其他含氧材料中之氧原子空位、非晶或結晶氮化物或其他含氮材料中之氮原子空位、非晶或結晶氟化物或其他含氟材料中之氟原子空位及非晶或結晶氧化物中之填隙金屬原子。在圖式中藉由點/點畫圖解性地繪示材料16之移動摻雜劑。繪圖中之一給定區域/體積中之點/點畫之密度指示移動摻雜劑密度之程度，其中較多點/點畫指示較高移動摻雜劑密度且較少點/點畫指示較低移動摻雜劑密度。可使用一種以上類型之移動摻雜劑作為材料16之一部分。
對於材料16，在其中容納移動摻雜劑之實例性電介質包含基於移動摻雜劑之充分高之數量及濃度而具有局部化導電性之適當氧化物、氮化物及/或氟化物。其內容納有移動摻雜劑之電介質可以係或可不係均質，此獨立於對移動摻雜劑之考量。具體實例電介質包含TiO2 、AlN及/或MgF2 。
在一個實施例中，包括作為移動摻雜劑之氧空位之材料16可包括呈相依於氧空位之位置及在其處容納該等氧空位之位置中之氧空位之數量的至少一個經程式化狀態之TiO2 與TiO2-x 之一組合。在一個實施例中，包括作為移動摻雜劑之氮空位之材料16可包括呈相依於氮空位之位置及在其處容納該等氮空位之位置中之氮空位之數量的至少一種經程式化狀態之AlN與AlN1-x 之一組合。在一個實施例中，包括作為移動摻雜劑之氟空位之材料16可包括呈相依於氟空位之位置及在其處容納該等氟空位之位置中之氟空位之數量的至少一種經程式化狀態之MgF2 與MgF2-x 之一組合。在一個實施例中，移動摻雜劑在一含氮材料中包括鋁原子填隙。
材料16可具有任何適當厚度，其可取決於電介質之組成、移動摻雜劑之組成，及/或材料16中移動摻雜劑之數量。實例性厚度包含自4奈米至50奈米，且在一個實施例中包含不大於120奈米之一厚度。
材料18係一移動摻雜劑障壁電介質材料。其可為均質或非均質的。移動摻雜劑障壁電介質材料18之特徵在於或與材料16內之電介質之區別在於：既不讓移動摻雜劑移動滲透至材料18內，亦不讓其中本質上有的任何摻雜劑進行位置-改變-移動滲透。半導電材料16及障壁電介質材料18可相對於彼此具有至少特徵在於至少一個不同原子元素之不同組成。在一個實施例中，移動摻雜劑障壁電介質材料18包括一金屬氧化物，且於其內在材料16中容納移動摻雜劑之電介質包括另一金屬氧化物，其中材料18之一金屬元素不同於材料16之電介質之一金屬元素。無論如何，實例性移動摻雜劑障壁電介質材料包含ZrO2 、SiO2 、Si3 N4 、GeN及SrTiO3 中之至少一者。在一個實施例中，障壁電介質材料實質上由化學計量之金屬氧化物(例如，ZrO2 及SrTiO3 中之任一者或其等之一組合)組成。
材料16及移動摻雜劑障壁電介質材料18可相對於彼此具有相同或不同厚度。在一個實施例中，移動摻雜劑障壁電介質材料18不厚於材料16，且在一個所示實施例中薄於材料16。在一個實施例中，移動摻雜劑障壁電介質材料18具有自1奈米至7奈米之一等效氧化物厚度，且在一個實施例中具有不大於10奈米之一等效氧化物厚度。在本文件之上下文中，「等效氧化物厚度」係產生與所使用之移動摻雜劑障壁電介質材料相同之介電效應將需要多厚之未經摻雜二氧化矽之一線性尺寸。在所使用之移動摻雜劑障壁電介質材料係未經摻雜二氧化矽或具有與未經摻雜二氧化矽之電容率相等之電容率之一材料之情形下，「等效氧化物厚度」與所使用之移動摻雜劑障壁電介質材料之厚度將相同。
半導電材料16及障壁電介質材料18中之一者比半導體材料16及障壁電介質材料18中之另一者更靠近電極12、14對中之一者。相應地，半導體材料16及障壁電介質材料18中之另一者更靠近電極12、14對中之另一者。在所繪示之實施例中，材料16及移動摻雜劑障壁電介質材料18彼此實體觸碰接觸。此外在所繪示之實施例中，在該對相對導電電極12、14之間除材料16及移動摻雜劑障壁電介質材料18外不容納其他材料。
圖1及2繪示處於兩個不同靜態經程式化狀態中之記憶體電容裝置10。圖2圖解性地繪示一實例性最高電容狀態且圖1繪示一實例性最低電容狀態。舉例而言且僅藉由實例之方式，圖1將材料16繪示為包括特徵在於移動摻雜劑之各別不同平均濃度之區20及22。區22圖解性地顯示其中移動摻雜劑之一顯著較低數量，使得區22實際上係一電介質。大於零之某一數量之移動摻雜劑可在區22內，只要區22可以一電介質容量起作用。無論如何，區20具有高於區22內之移動摻雜劑之任何濃度之一適當平均移動摻雜劑濃度。容納於區20或區22內之任何移動摻雜劑可係或可非係均質地分佈於各別區20或22內。無論如何，區20係導電的，藉此藉由材料12與區20之一組合有效地提供一較厚導電電容器電極。另一方面，區22係電介質，藉此增加移動摻雜劑障壁電介質材料18之有效電介質厚度。
參照圖2，其顯示貫穿整個材料16充分容納移動摻雜劑，使得其整個厚度實質上係導電的。相應地，導電電容器電極中之一者有效地構成材料12與16之組合。此外，在此狀態中，僅移動摻雜劑障壁電介質材料18構成導電電容器電極12與14之間之整個電介質厚度。藉此，圖2之經程式化狀態具有高於圖1中所繪示之電容之電容。進一步考量而言或換言之，不管記憶體電容裝置10在任何給定時刻實際保持之電荷之一數量如何，圖1經程式化狀態中之電容低於圖2經程式化狀態中之電容。不論記憶體電容裝置10係不帶電荷、部分帶電荷還是完全帶電荷，此確定記憶體電容裝置10之電荷狀態，但不影響記憶體電容裝置10之電容。因此，本文中所使用之電荷狀態係指一電容器在一給定時刻實際保持之電荷量。本文中所使用之電容係指不管一電容器之電荷狀態如何該電容器能夠保持之每伏庫侖數目。
在圖2高電容狀態中，移動摻雜劑可係或可非係貫穿材料16均質地分佈。此外且無論如何，可達成超過一最高及最低電容狀態或除一最高及最低電容狀態之外之不同可選擇經程式化電容狀態。無論如何，記憶體電容裝置10特徵至少部分在於在提供經程式化狀態之動作被移除之後保持其經程式化電容狀態。
作為一具體實例性電容器裝置10，導電電容器電極12及14每一者實質上由具有5奈米之一厚度之元素鉑組成。移動摻雜劑障壁電介質材料18係具有3奈米之一厚度之ZrO2 。半導電材料16係TiO2 與TiO2-x 之一組合且具有4納米之一總體厚度。在圖1中，區22具有2奈米之一厚度且係具有使區22不導電之充分小於5×1018 氧空位/cm3 之TiO2 。區20具有2奈米之一厚度及使區20導電之充分大於5×1018 空位/cm3 之一總體平均氧空位密度。在圖2中，區16可被視為具有足以使整個區16導電之充分大於5×1018 空位/cm3 之一總體平均氧空位密度之TiO2-x 。圖1中之區20中之總體平均氧空位密度大於圖2中之區16中之總體平均氧空位密度。
結合圖1及2模型之相應電容可表徵為：
其中：
C係裝置電容
A係曝露於材料18之電極14之面積。
ε1 係特徵在於區22之材料16之電容率。
ε2 係材料18之電容率。
t1 係區22之厚度。
t2 係材料18之厚度。
可藉由相對於導電電容器電極12及14施加各別適當差分電壓來獲得不同經程式化狀態，諸如Strukov等人所闡述。「找到丟失憶阻器」，自然出版集團，2008年5月1日，第453卷，第80-83頁。舉例而言，相依於移動摻雜劑之電荷，適當正及/或負電壓可施加至導電電極12及14以致使移動摻雜劑被吸引至導電電極12及14中之一者或被自導電電極12及14中之一者排斥出，其中在程式化電壓差被移除之後保持圖1及2之該等所繪示實例性程式化狀態。
圖1之記憶體電容裝置10可示意性地建模(modeled)為並聯連接之一電容器C1與電阻器R1。儘管障壁電介質材料18有效地阻止電流在電極12與14之間流動，但障壁電介質材料18可傳導一極小且可忽略量之洩漏電流。電阻器R1表示此洩漏電流。電容器C1表示處於圖1經程式化狀態中之記憶體電容裝置10之電容且表示材料16與障壁電介質材料18之組合電容。圖2之記憶體電容裝置10亦可示意性地建模為並聯聯接之一電容器C2與電阻器R2。電阻器R2表示處於圖2經程式化狀態中之記憶體電容裝置10之可忽略洩露電流，且其可高於或低於圖1之R1。電容器C2表示處於圖2經程式化狀態中之記憶體電容裝置10之電容，且其大於圖1之C1。C2表示材料16與障壁電介質材料18之組合電容。
無論如何，在一個實施例中一記憶體電容裝置包括一對相對導電電極，例如導電電極12及14。在該等相對導電電極之間容納至少兩個材料。該等材料中之一者包括一含金屬結晶半導電物質，其係總體化學計量陽離子缺乏而在一空間晶格中形成若干移動陽離子空位。在一個實施例中，含金屬結晶半導電物質係一結晶半導電金屬氧化物物質。另一材料係與含金屬結晶半導電物質實體觸碰接觸且不讓移動陽離子空位自該物質移動滲透至該障壁電介質材料中之一障壁電介質材料。該半導電物質與該障壁電介質材料相對於彼此具有不同組成，其特徵至少在於至少一個不同原子元素。該半導電物質與該障壁電介質材料中之一者比該半導電物質與該障壁電介質材料中之另一者更靠近該對電極中之一者。該半導電物質與該障壁電介質材料中之另一者比該半導電物質與該障壁電介質材料中之該一者更靠近該對電極中之另一者。在此實施例中用於含金屬結晶半導電物質之實例性材料包含上文針對材料16所闡述之彼等材料。在此實施例中用於一障壁電介質材料之實例性材料包含上文針對障壁電介質材料18所闡述之材料。此實施例中之其他屬性可包含上文關於參照圖1及2所闡述之實例性實施例所闡述之彼等屬性中之任一者或其等之組合。
本發明之一實施例包含在特徵在於不同電容之不同靜態可程式化狀態之間程式化一電容器之一方法。此可包含使用如上文所闡述之電容器或使用其他電容器。無論如何，此方法之一實施例包括在兩個導電電容器電極之間施加一電壓差以致使移動摻雜劑自容納於該兩個導電電容器電極之間之一半導電物質朝向容納於該兩個導電電容器電極之間之一移動摻雜劑障壁電介質材料移動，以使電容器之電容自一較低電容狀態增加至一較高電容狀態。半導電物質與移動摻雜劑障壁電介質材料相對於彼此具有至少特徵在於至少一個不同原子元素之不同組成。移動摻雜劑障壁電介質材料因電壓之施加而本質地屏蔽移動摻雜劑以免移動至移動摻雜劑障壁電介質材料中。實例性移動摻雜劑、半導電物質/材料及移動摻雜劑電介質材料可如上文所闡述。圖1及2繪示此程式化在自圖1之狀態去往圖2之狀態時之一實例。此可藉由施加適當正及/或負電壓至電容器電極12及14來完成，此致使移動摻雜劑朝向電極14或遠離電極12而遷移，藉此將經程式化圖1狀態變換為圖2之經程式化狀態。
在一個實施例中，將一不同電壓差隨後施加於兩個導電電容器電極之間以致使移動摻雜劑遠離移動摻雜劑障壁電介質材料而移動，以減小電容器之電容且藉此將電容器程式化為該等不同靜態可程式化狀態中之一者。此可(例如)藉由將圖2狀態程式化回至圖1(藉由自由圖1產生圖2之彼極性之極性反轉)或藉由施加某一其他適當差分電壓以達成所陳述之減小之電容效應來發生。此外，此隨後施加之電壓差可以或可不將電容器程式化回至緊接在前之電容性狀態。相應地，程式化為兩個以上電容性狀態可選擇性地發生。
本發明之一實施例包含能夠重複地程式化為至少兩個不同靜態臨限電壓狀態之一場效電晶體裝置。其僅以實例之方式顯示於關於一場效電晶體裝置30之圖3及4中。圖3圖解性地顯示一實例性最高靜態臨限電壓狀態且圖4圖解性地顯示一實例性最低靜態臨限電壓狀態。
電晶體裝置30包括一對源極/汲極區32、34、容納於一對源極/汲極區32、34之間之一通道區36及可操作地接近通道區36之一閘極構造38。顯示源極/汲極區32、34及通道區36形成於一適當半導電材料38(例如單晶矽)內。至少在通道36之區中以至少一第一或第二導電性類型摻雜劑適當地背景摻雜材料38，使得可藉由將電壓施加至閘極而在源極/汲極區32、34之間選擇性地形成一電流路徑。顯示源極/汲極區32、34作為已以至少一導電性增強摻雜劑適當地摻雜之導電擴散區，該至少一導電性增強摻雜劑具有與通道區36之導電性類型相反之導電性類型。Halo、LDD 或其他區(不論存在還是待開發)可與區32、36、34一同使用及/或用作區32、36、34之一部分。電晶體裝置30圖解性地顯示為一平面或水平電晶體。涵蓋不論存在還是待開發之任一其他組態，例如不論是在體、絕緣體上半導體還是其他基板(不論是存在還是待開發)中之製作之垂直、凹入及FinFet。
閘極構造38包括一導電閘極電極40。閘極構造38亦包括一半導電材料42(其包括容納於一電介質內之移動摻雜劑)及一移動摻雜劑障壁電介質材料44兩者，其等每一者容納於導電閘極電極40與通道區36之間。比起導電閘極電極40，移動摻雜劑障壁電介質材料44更靠近通道區36。比起通道區36，半導電材料42更靠近導電閘極電極40。半導電材料42及障壁電介質材料44相對於彼此具有不同組成，其可為或可非為至少特徵在於至少一個不同原子元素。
用於導電閘極電極40之實例性材料與用於電極12及14之上文所闡述之材料相同。實例性半導電材料42(包含性質及屬性)可與上文針對記憶體電容裝置10之半導電材料16所闡述之彼等性質及屬性相同。實例性移動摻雜劑障壁電介質材料44(包含性質及屬性)與上文針對記憶體電容裝置10之移動摻雜劑障壁電介質材料18所闡述之彼等性質及屬性相同。
關於各別厚度，半導電材料42及移動摻雜劑障壁電介質材料44可具有相同或不同厚度。在一個實施例中，移動摻雜劑障壁電介質材料44不厚於材料42。在一個實施例中且如圖所示，材料42厚於移動摻雜劑障壁電介質材料44。在一個實例中，材料42具有自4奈米至100奈米之一厚度，且在一個實施例中具有不大於20奈米之一厚度。在一個實施例中，移動摻雜劑障壁電介質材料44具有自1奈米至12奈米之一等效氧化物厚度，且在一個實施例中具有不大於7奈米之此一厚度。
作為一具體實例性電晶體裝置30，導電閘極電極40實質上由具有5奈米之一厚度之元素鉑組成。移動摻雜劑障壁電介質材料44係具有3奈米之一厚度之ZrO2 。半導電材料42係TiO2 與TiO2-x之一組合，且具有4奈米之一總體厚度。在圖3中，區48具有2奈米之一厚度且係具有使區48不導電之充分小於5×1018 氧空位/cm3 之TiO2 。區46具有2奈米之一厚度及使區46導電之充分大於5×1018 空位/cm3 之一總體平均氧空位密度。在圖4中，區42可被視為具有足以使整個區42導電之充分大於5×1018 空位/cm3 之一總體平均氧空位密度之TiO2-x 。圖3中之區46中之總體平均氧空位密度大於圖2中之區42中之足以使整個區42導電之3×1014 空位/cm3 之總體平均氧空位密度。
結合圖3及4模型之模型各別臨限電壓可表徵為：
C 係閘極面積F/m 2
其中：
VT 係裝置臨限電壓
VFB 係平帶電壓
φB 係通道費爾米能階與本質費爾米能階之電位差除以基本電荷
q係基本電荷
εs 係矽之電容率
Na 係通道受體濃度
C係以F/m2 為單位之每單位面積之閘極電容
F係法拉
m2 係平方米
場效電晶體裝置30可程式化至圖3及4中所示之兩個不同靜態臨限電壓狀態中之至少一者，此分別類似於關於圖1及2中之電容器裝置10之電容狀態之程式化。例如在圖3中，半導電材料42之一區46類似於圖1區20，且半導電材料42之一區48類似於圖1區22。同樣的，針對圖4中之場效電晶體裝置30繪示之程式化狀態類似於圖2中之電容器裝置10之程式化狀態，且其可如(例如)下文所闡述而達成。
本發明之一實施例包含程式化一場效電晶體裝置(例如裝置30或某一其他場效電晶體裝置)之一方法。無論如何，此一方法包括在一通道區與一閘極電極之間施加一電壓差以致使容納於該閘極電極與該通道區之間之一材料內之諸移動摻雜劑朝向該閘極電極或該通道區中之一者移動，以改變在該所施加電壓差被移除之後保持之場效電晶體裝置之一靜態臨限電壓。在一個實施例中，施加一電壓差使諸移動摻雜劑朝向閘極電極移動且增加電晶體裝置之臨限電壓。此(例如)在程式化圖4之場效電晶體裝置時經顯示或可考量為達成了圖3之狀態。在一個實施例中，施加一電壓差使諸移動摻雜劑朝向通道區移動且減小場效電晶體之臨限電壓。例如關於裝置30，此藉由自圖3之裝置狀態至圖4之裝置狀態之程式化來例示。
可以類似於關於圖1及2針對電容器裝置10達成之方式執行將場效電晶體裝置30程式化為圖3及4之狀態中之任一者。例如在程式化電晶體裝置30時，可類似於圖1及2中之電容器裝置10中之導電電極12之使用來使用導電閘極電極40。此外，可操作通道區36使得其類似於圖1及2中之電容器裝置10中之導電電極14之使用來發揮作用。例如，作為源極/汲極區32、34之間之適當選定電流的結果或藉由直接施加一電壓至源極/汲極區36(藉由將適當電壓施加至區36外部之材料38)來將通道區36提供至一適當電壓電位。此外，可採用超過兩個之多個經程式化臨限電壓狀態。
本發明之實施例亦包含非揮發性記憶體陣列。參照圖5，總括地以參照數字50指示一實例性非揮發性記憶體陣列。其包括複數個字線WL及複數個位元線BL。其等顯示為相對於彼此正交交叉之直線。可使用其他形狀及角度之相交(不論存在還是待開發)。在圖5中將位元線BL及字線WL圖解性且示意性地顯示為在此交點處彼此觸碰，但其等相對於所繪示之交點將不歐姆連接。
圖5之非揮發性記憶體陣列中將包含在圖5中未具體指定之複數個記憶體胞。個別記憶體胞可與一位元線BL與一字線WL之每一交點相關聯。另一選擇係(藉由實例之方式)，一單個位元線可與每一者具有其自己之相關聯字線(例如在設計上對應於NAND快閃)之多個記憶體胞相關聯。無論如何，非揮發性記憶體陣列之個別記憶體胞將包括能夠可逆地程式化為至少兩個不同靜態臨限電壓狀態之一場效電晶體裝置。此等場效電晶體裝置可包括如上文結合圖3及4所闡述之裝置。
具體在一實例中，圖6及7繪示在一非揮發性記憶體陣列(諸如圖5之非揮發性記憶體陣列)中之場效電晶體裝置30之併入，且分別對應於圖3及4之程式化狀態。在由裝置30組成之一個別記憶體胞中，導電閘極電極40將與來自圖5之字線WL中之一者連接。該對源極/汲極區32或34中之一者將與位元線BL中之一者連接，其中圖6及7中之源極/汲極區34顯示為如此連接。可施加一電壓電位至不與一個位元線連接以將個別記憶體胞程式化為(例如)圖6及7所繪示之至少兩個各別程式化狀態中之任一者之相對源極/汲極區(即，區32)。將提供用於藉由感測每一記憶體胞之場效電晶體裝置之經程式化靜態臨限電壓狀態來讀取每一記憶體胞之經程式化狀態之適當CIRCUITRY。
在一個實施例中且如圖6及7中所示，可提供CIRCUITRY，其經組態以使得一電流能夠流動穿過該對源極/汲極區32、34、通道區36及當一電壓施加至字線WL中之一者時源極/汲極區34所連接至之位元線BL中之一者。在一個實施例中，源極/汲極區34可經由其他記憶體胞中之一者或多者與一個實例性位元線間接連接。此參照與一個或多個記憶體胞(除圖6及7中所繪示之一個記憶體胞之外)相關聯之虛影繪示之區塊75圖解性地顯示於圖6及7中。例如，至一位元線之間接連接可類似於連接至記憶體胞之一NAND陣列中之一串非揮發性電荷-儲存電晶體之一單個位元線(例如，如第7,476,588號美國專利中所示)而發生。
無論如何，在一個實例中，可藉由使用如本文中所闡述之場效電晶體裝置來構造一非揮發性記憶體陣列，其中閘極在一定程度上可實質上類似於含有一快閃電晶體之一記憶體胞之一快閃電晶體程式化。舉例而言，一浮體快閃記憶體胞藉由經由電荷-儲存轉換臨限電壓而可逆地及靜態地保持資料，其中併入有如本文中所闡述之一電晶體之一記憶體胞能夠藉由改變閘極(其中閘極構成一電容器之一個電極且通道區構成該電容器之另一電極)之電容來儲存可逆靜態資料。作為以自由電子之形式儲存之電荷能夠自浮動閘極(其中自由電子在一個經程式化狀態中儲存)容易地驅逐之結果，傳統快閃電晶體遭受干擾問題。併入有如本文中所闡述之此等裝置之場效電晶體裝置及非揮發性記憶體陣列可很大程度上對任何干擾問題免疫，乃因若驅逐，則移動摻雜劑將不像自由電子在快閃中可如此容易地驅逐那樣可容易地自電晶體驅逐。此外，由於應力誘發之洩漏電流將相應地並非如本文中所闡述之一記憶體胞中之資料保持之一問題那樣顯著，因此實例性電介質材料44可比製作於快閃中之對應隧道電介質製作得薄得多。
按照條例，已使用或多或少關於結構及方法特徵之特定語言闡述本文中所揭示之標的物。然而，應理解，由於本文中所揭示之方法包括實例性實施例，因此申請專利範圍不限於所顯示及所闡述之具體特徵。因此，申請專利範圍係由字面措辭來提供完整範疇，且根據等效內容之教義適當地予以解釋。
10．．．記憶體電容裝置
12．．．導電電極
14．．．導電電極
16．．．材料
18．．．材料
20．．．區
22．．．區
30．．．場效電晶體裝置
32．．．源極/汲極區
34．．．源極/汲極區
36．．．通道區
38．．．半導電材料
40．．．導電閘極電極
42．．．半導電材料
44．．．移動摻雜劑障壁電介質材料
46．．．區
48．．．區
50．．．實例性非揮發性記憶體陣列
75．．．虛影繪示之區塊
圖1係根據本發明之一實施例，一記憶體電容裝置處於一個經程式化狀態中之一圖解性剖視圖。
圖2係根據本發明之一實施例，圖1記憶體電容裝置處於另一經程式化狀態中之一視圖。
圖3係根據本發明之一實施例，一場效電晶體裝置處於一個經程式化狀態中之一圖解性剖視圖。
圖4係根據本發明之一實施例，圖3場效電晶體裝置處於另一經程式化狀態中之一視圖。
圖5係根據本發明之一實施例，一非揮發性記憶體陣列之一圖解性俯視圖或示意圖。
圖6係根據本發明之一實施例，與圖5中記憶體陣列相關聯之圖3場效電晶體裝置處於一個經程式化狀態中之一圖解性剖視圖。
圖7係根據本發明之一實施例，圖6場效電晶體裝置處於另一經程式化狀態中之一視圖。
10．．．記憶體電容裝置
12．．．導電電極
14．．．導電電極
16．．．材料
18．．．材料
20．．．區
22．．．區

Claims (28)

  1. 一種記憶體電容裝置，其包括：一對相對之導電電極；及包括在一電介質內之若干移動摻雜劑之一半導電材料及一移動摻雜劑障壁電介質材料，其等容納於該對相對導電電極之間，該半導電材料及該障壁電介質材料相對於彼此具有不同組成，其特徵至少在於至少一個不同原子元素，該半導電材料及該障壁電介質材料中之一者比該半導電材料及該障壁電介質材料中之另一者更靠近該對電極中之一者，該半導電材料及該障壁電介質材料中之該另一者比該半導電材料及該障壁電介質材料中之該一者更靠近該對電極中之另一者。
  2. 如請求項1之裝置，其中該等移動摻雜劑包括一含氧材料中之若干氧原子空位。
  3. 如請求項1之裝置，其中該等移動摻雜劑包括一含氮材料中之若干氮原子空位。
  4. 如請求項1之裝置，其中該等移動摻雜劑包括一含氟材料中之若干氟原子空位。
  5. 如請求項1之裝置，其中該等移動摻雜劑包括一含氮材料中之若干鋁原子填隙。
  6. 如請求項1之裝置，其中其內容納有該等移動摻雜劑之該電介質包括一氧化物。
  7. 如請求項6之裝置，其中在一電介質內包括若干移動摻雜劑之該半導電材料包括呈至少一個經程式化狀態之TiO2 與TiO2-x 之一組合。
  8. 如請求項1之裝置，其中該移動摻雜劑障壁電介質材料包括一金屬氧化物，且其內容納有該等移動摻雜劑之該電介質包括一金屬氧化物，該移動摻雜劑障壁電介質材料之該金屬氧化物之一金屬不同於在一電介質內包括若干移動摻雜劑之該半導電材料之該金屬氧化物之一金屬。
  9. 如請求項1之裝置，其中其內容納有該等移動摻雜劑之該電介質包括一氮化物。
  10. 如請求項9之裝置，其中在一電介質內包括若干移動摻雜劑之該半導電材料包括呈至少一個經程式化狀態之AlN與AlN1-x 之一組合。
  11. 如請求項1之裝置，其中其內容納有該等移動摻雜劑之該電介質包括一氟化物。
  12. 如請求項11之裝置，其中在一電介質內包括若干移動摻雜劑之該半導電材料包括呈至少一個經程式化狀態之MgF2 與MgF2-x 之一組合。
  13. 如請求項1之裝置，其中該移動摻雜劑障壁電介質材料係均質。
  14. 如請求項1之裝置，其中該移動摻雜劑障壁電介質材料包括ZrO2 、SiO2 、Si3 N4 、GeN及SrTiO3 中之至少一者。
  15. 如請求項1之裝置，其中在一電介質內包括若干移動摻雜劑之該半導電材料與該移動摻雜劑障壁電介質材料彼此實體觸碰接觸。
  16. 如請求項15之裝置，其中除在一電介質內包括若干移動摻雜劑之該半導電材料及該移動摻雜劑障壁電介質材料之外，無其他材料容納於該對相對導電電極之間。
  17. 如請求項1之裝置，其中該移動摻雜劑障壁電介質材料不厚於在一電介質內包括若干移動摻雜劑之該半導電材料。
  18. 如請求項17之裝置，其中在一電介質內包括若干移動摻雜劑之該半導電材料厚於該移動摻雜劑障壁電介質材料。
  19. 如請求項1之裝置，其中在一電介質內包括若干移動摻雜劑之該半導電材料具有不大於120奈米之一厚度。
  20. 如請求項1之裝置，其中該移動摻雜劑障壁電介質材料具有不大於10奈米之一等效氧化物厚度。
  21. 如請求項1之裝置，其中在一電介質內包括若干移動摻雜劑之該半導電材料具有自4奈米至50奈米之一厚度，該移動摻雜劑障壁電介質材料具有自1奈米至7奈米之一等效氧化物厚度，且該移動摻雜劑障壁電介質材料不厚於在一電介質內包括若干移動摻雜劑之該半導電材料。
  22. 如請求項1之裝置，其中在一電介質內包括若干移動摻雜劑之該半導電材料厚於該移動摻雜劑障壁電介質材料，在一電介質內包括若干移動摻雜劑之該半導電材料具有不大於120奈米之一等效氧化物厚度，且該移動摻雜劑障壁電介質材料具有不大於10奈米之一厚度。
  23. 一種記憶體電容裝置，其包括：一對相對之導電電極；一含金屬之結晶半導電物質，其容納於該對相對導電電極之間，且其係總體化學計量陽離子缺乏而在一空間晶格中形成若干移動陽離子空位；及一障壁電介質材料，其容納於該對相對導電電極之間，該障壁電介質材料與該含金屬結晶半導電物質實體觸碰接觸，且其不讓該等移動陽離子空位自該物質移動滲透至該障壁電介質材料中，該半導電物質與該障壁電介質材料相對於彼此具有不同組成，其特徵至少在於至少一個不同原子元素，該半導電物質與該障壁電介質材料中之一者比該半導電物質與該障壁電介質材料中之另一者更靠近該對電極中之一者，該半導電物質與該障壁電介質材料中之該另一者比該半導電物質與該障壁電介質材料中之該一者更靠近該對電極中之另一者。
  24. 一種記憶體電容裝置，其包括：一對相對之導電電極；一結晶半導電金屬氧化物物質，其容納於該對相對導電電極之間，且其係總體化學計量氧原子缺乏而在一空間晶格中形成若干移動氧空位；及一障壁電介質材料，其容納於該對相對導電電極之間，該障壁電介質材料與該結晶半導電金屬氧化物物質實體觸碰接觸，且其不讓該等移動氧空位自該物質移動滲透至該障壁電介質材料中，該半導電物質與該障壁電介質材料相對於彼此具有不同組成，其特徵至少在於至少一個不同原子元素，該半導電物質與該障壁電介質材料中之一者比該半導電物質與該障壁電介質材料中之另一者更靠近該對電極中之一者，該半導電物質與該障壁電介質材料中之該另一者比該半導電物質與該障壁電介質材料中之該一者更靠近該對電極中之另一者。
  25. 一種在特徵在於不同電容之不同靜態可程式化狀態之間程式化一電容器之方法，該方法包括：在兩個導電電容器電極之間施加一電壓差，以致使諸移動摻雜劑自容納於該兩個導電電容器電極之間之一半導電物質朝向容納於該兩個導電電容器電極之間之一移動摻雜劑障壁電介質材料移動，以使該電容器之電容自一較低電容狀態增加至一較高電容狀態，該半導電物質與該移動摻雜劑障壁電介質材料相對於彼此具有不同組成，其特徵至少在於至少一個不同原子元素，該移動摻雜劑障壁電介質材料因該電壓之施加而本質地屏蔽諸移動摻雜劑以免其移動至該移動摻雜劑障壁電介質材料中。
  26. 一種場效電晶體裝置，能夠重複地程式化為至少兩個不同靜態臨限電壓狀態，其包括：一對源極/汲極區、該對源極/汲極區之間之一通道區，及可操作地接近該通道區之一閘極構造；且該閘極構造包括一導電閘極電極，且包括一在一電介質內包括若干移動摻雜劑之半導電材料，且包括容納於該導電閘極電極與該通道區之間之一移動摻雜劑障壁電介質材料，比起該導電閘極電極，該移動摻雜劑障壁電介質材料更靠近該通道區，比起該通道區，在一電介質內包括移動摻雜劑之該半導電材料更靠近該導電閘極電極。
  27. 一種程式化一場效電晶體裝置之方法，其包括在一通道區與一閘極電極之間施加一電壓差，以致使容納於該閘極電極與該通道區之間之一材料內之諸移動摻雜劑朝向該閘極電極或該通道區中之一者移動，以改變在該所施加電壓差被移除之後保持之該場效電晶體裝置之一靜態臨限電壓。
  28. 一種非揮發性記憶體陣列，其包括：複數個字線；複數個位元線；複數個記憶體胞，該等記憶體胞中之個別者包括能夠重複地程式化為至少兩個不同靜態臨限電壓狀態之一場效電晶體裝置，該場效電晶體裝置包括：一對源極/汲極區、該對源極/汲極區之間之一通道區，及可操作地接近該通道區之一閘極構造；且該閘極構造包括一導電閘極電極，且包括一在一電介質內包括若干移動摻雜劑之半導電材料，且包括容納於該導電閘極電極與該通道區之間之一移動摻雜劑障壁電介質材料，比起該導電閘極電極，該移動摻雜劑障壁電介質材料更靠近該通道區，比起該通道區，在一電介質內包括若干移動摻雜劑之該半導電材料更靠近該導電閘極電極；該導電閘極電極連接至該等字線中之一者；且該對源極/汲極區中之一者與該等位元線中之一者連接。
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