TWI627747B - 場效電晶體結構及將場效電晶體程式化為至少三種不同程式化狀態之一者的方法 - Google Patents

Abstract

本發明揭示一種場效電晶體結構，其包含一半導電通道核心。一源極/汲極區域在該通道核心之相對端處。一閘極接近該通道核心之一周邊。一閘極絕緣體在該閘極與該通道核心之間。該閘極絕緣體具有徑向貫穿其之局部區域，該等局部區域在相對於該通道核心周邊之不同圓周位置處具有不同電容。本發明揭示額外結構及方法。

Description

場效電晶體結構及將場效電晶體程式化為至少三種不同程式化狀態之一者的方法

本文中揭示之實施例係關於場效電晶體結構且係關於將場效電晶體程式化為至少三種不同程式化狀態之一者的方法。

記憶體係積體電路之一種類型，且在用於儲存資料之電腦系統中使用。記憶體可製造於個別記憶體單元之一或多個陣列中。可使用數位線(其等亦可被稱為位元線、資料線、感測線或資料/感測線)及存取線(其等亦可被稱為字線)寫入至記憶體單元或自記憶體單元讀取。數位線可沿著陣列之行導電地互連記憶體單元，且存取線可沿著陣列之列導電地互連記憶體單元。各記憶體單元可透過一數位線與一存取線之組合唯一地定址。

記憶體單元可係揮發性或非揮發性。非揮發性記憶體單元可儲存用於延長時間段(包含當電腦關閉時)之資料。揮發性記憶體消散且因此需在多個例項中每秒多次再新/重新寫入。無論如何，記憶體單元經組態以將記憶體留存或儲存於至少兩種不同可選狀態中。在一個二進制系統中，狀態被視為一「0」或一「1」。在其他系統中，至少 一些個別記憶體單元可經組態以儲存資訊之兩個以上位準或狀態。

一場效電晶體係可用於一記憶體單元中之電子組件之一種類型。此等電晶體包括一對導電源極/汲極區域，在其間具有一半導電通道區域。一導電閘極鄰近通道區域且自此藉由一薄閘極絕緣體分開。將一合適電壓施加至閘極允許電流自源極/汲極區域之一者通過通道區域流動至另一者。當自閘極移除電壓時，極大程度上防止電流流動通過通道區域。場效電晶體亦可包含額外構造，例如，作為閘極結構之部分之可逆可程式化電荷儲存區域。除場效電晶體以外的電晶體(例如，雙極電晶體)亦可額外地或替代性地用於記憶體單元中。電晶體可用於多種類型之記憶體中。此外，可在除記憶體以外的陣列中使用及形成電晶體。

一種類型之電晶體係一鐵電場效電晶體(FeFET)，其中閘極結構之至少某部分包括鐵電材料。藉由兩個穩定極化狀態特性化此等材料。可藉由用於電晶體之不同臨限值電壓(V_t)或藉由用於一選定操作電壓之不同通道導電性特性化場效電晶體中之此等不同狀態。鐵電材料之極化狀態可藉由合適程式化電壓之施加而改變，且此導致高通道電導或低通道電導之一者。藉由鐵電極化狀態調用之高電導及低電導在程式化閘極電壓之移除之後保持(至少達一時間)。可藉由施加並不打擾鐵電極化之一較小汲極電壓來讀取通道電導之狀態。

3-3‧‧‧線

10‧‧‧場效電晶體結構

10a‧‧‧場效電晶體結構

10b‧‧‧場效電晶體結構

10c‧‧‧場效電晶體結構

10d‧‧‧場效電晶體結構

10e‧‧‧場效電晶體結構

10f‧‧‧場效電晶體結構

10g‧‧‧場效電晶體結構

10m‧‧‧場效電晶體結構

12‧‧‧半導電通道核心/半導體通道核心

12d‧‧‧半導電通道核心/半導體通道核心

12f‧‧‧半導電通道核心/半導體通道核心

14‧‧‧源極/汲極區域

16‧‧‧源極/汲極區域

18‧‧‧閘極

18a‧‧‧閘極

18b‧‧‧閘極

18c‧‧‧閘極

18m‧‧‧閘極

20‧‧‧閘極絕緣體/介電材料/穿隧介電質/非鐵電體

20a‧‧‧閘極絕緣體

20d‧‧‧閘極絕緣體

20e‧‧‧閘極絕緣體

20f‧‧‧閘極絕緣體

20g‧‧‧閘極絕緣體

22‧‧‧局部區域

22a‧‧‧局部區域

22f‧‧‧局部區域

22g‧‧‧局部區域

23‧‧‧局部區域

23a‧‧‧局部區域

23f‧‧‧局部區域

23g‧‧‧局部區域

24‧‧‧局部區域

24a‧‧‧局部區域

24f‧‧‧局部區域

24g‧‧‧局部區域

25‧‧‧局部區域

25a‧‧‧局部區域

25f‧‧‧局部區域

25g‧‧‧局部區域

26‧‧‧鐵電材料/鐵電體

26m‧‧‧鐵電材料/鐵電體

28‧‧‧導電材料

28m‧‧‧導電材料

30‧‧‧介電材料

32‧‧‧電荷捕獲材料

36‧‧‧局部區域

36e‧‧‧局部區域

37‧‧‧局部區域

37e‧‧‧局部區域

38‧‧‧局部區域

38e‧‧‧局部區域

39‧‧‧局部區域

39e‧‧‧局部區域

40‧‧‧局部區域

40e‧‧‧局部區域

41‧‧‧局部區域

41e‧‧‧局部區域

圖1係根據本發明之一實施例之包括一場效電晶體結構之一基板片段之一部分之一圖解透視圖。

圖2係為簡明起見移除某材料之圖1結構之一視圖。

圖3係貫穿圖1中之線3-3取得之一剖面視圖。

圖4係一替代實施例電晶體結構之一部分之一剖面視圖。

圖5係一替代實施例電晶體結構之一部分之一剖面視圖。

圖6係一替代實施例電晶體結構之一部分之一剖面視圖。

圖7係為簡明起見移除某材料之一替代實施例電晶體結構之一部分之一剖面視圖。

圖8係為簡明起見移除某材料之一替代實施例電晶體結構之一部分之一剖面視圖。

圖9係為簡明起見移除某材料之一替代實施例電晶體結構之一部分之一剖面視圖。

圖10係為簡明起見移除某材料之一替代實施例電晶體結構之一部分之一剖面視圖。

圖11係在一個程式化狀態中之圖1基板之一部分之一圖解剖面視圖。

圖12係在一個程式化狀態中之圖1基板之一部分之一圖解剖面視圖。

圖13係在一個程式化狀態中之圖1基板之一部分之一圖解剖面視圖。

圖14係在一個程式化狀態中之圖1基板之一部分之一圖解剖面視圖。

圖15係一替代實施例電晶體結構之一部分之一剖面視圖。

首先參考圖1至圖3描述根據本發明之一實施例之一例示性場效電晶體結構。此為簡明起見展示不存在圍繞材料及電路之一電晶體結構10。積體電路之其他組件可係等高向外、等高向內及/或至相對於電晶體結構10之側。另外，多個此等電晶體將可建構積體電路之部分，例如，可用於記憶電路、邏輯電路或其他電路中之此等電晶體之一陣列。

本文中描述之任何材料及/或結構可係均質或非均質的，且無論 如何可在如此上覆之任何材料上方連續或間斷。如本文中使用，「不同成分」僅需可直接抵靠彼此之兩個陳述材料之該等部分係化學及/或物理不同的(例如，若此等材料並非均質的)。若兩個陳述材料並不直接抵靠彼此，則「不同成分」僅需最靠近彼此之兩個陳述材料之該等部分係化學及/或物理不同的(若此等材料並非均質的)。在此文獻中，一材料或構造在存在陳述材料或構造相對於彼此之至少某實體觸摸接觸時「直接抵靠」另一者。相比之下，其前不加上「直接」之「在......上方」、「在......上」及「抵靠」涵蓋「直接抵靠」以及其中中間材料或構造並不導致陳述材料或構造相對於彼此之實體觸摸接觸之結構。此外，除非另外陳述，否則可使用任何合適現有或仍待開發之技術形成各材料，其中原子層沈積、化學氣相沈積、物理氣相沈積、磊晶生長、擴散摻雜及離子植入作為實例。

場效電晶體結構10展示為垂直定向，不過可使用水平定向或除垂直或水平以外的定向。在此文獻中，垂直係大體上正交於水平之一方向，其中水平係指沿著一主表面(在製造期間相對於其處理一基板)之一大體方向。此外，如本文中使用之垂直及水平係獨立於三維空間中之基板定向之相對於彼此之大體垂直方向。另外，等高、上方及下方係參考垂直方向。此外，在此文獻之背景內容中，藉由在垂直方向上流動通過通道之主要電流特性化一垂直定向之電晶體。藉由在水平方向上流動通過通道之主要電流特性化一水平定向之電晶體。

場效電晶體結構10包含一半導電通道核心12及在通道核心12之相對端處之一源極/汲極區域14、16。可使用任何合適且適當摻雜之半導電材料，例如，單晶矽或多晶矽。電晶體結構10可係n型或p型，且LDD、光暈或其他區域(未展示)可形成為組件12、14及/或16之部分。一閘極18接近通道核心12之一周邊，其中一閘極絕緣體(即，電)20提供於閘極18與通道核心12之間。在一項實施例中，閘極18完全圍 繞通道核心12，且在一項實施例中，閘極絕緣體20完全圍繞通道核心12。閘極18可由任何合適導電(即，電)材料組成，諸如導電摻雜半導電材料、元素金屬、元素金屬之合金及導電金屬化合物之一或多者。在一項實施例中，閘極18可包括電荷捕獲材料，如將在下文描述。用於通道核心12、閘極絕緣體20及閘極18之例示性徑向厚度分別係約100埃至300埃、約10埃至100埃及約50埃至400埃。

在一項實施例中，閘極絕緣體具有徑向貫穿其之局部區域，局部區域在相對於通道核心之周邊之不同圓周位置處具有不同(即，至少兩個)電容，例如，四個此等局部區域22、23、24及25，如在圖3中指定。舉例而言，可藉由局部區域22、23、24及25之至少兩者之間的不同成分或不同厚度之一或兩者達成不同電容。閘極絕緣體圍繞通道核心12可以係均質的，或圍繞通道核心12可以係非均質的。無論如何，在一項實施例中，局部區域係個別具有及共同具有至少兩個不同徑向厚度之至少一者，其中圖3展示個別具有恆定徑向厚度但共同具有兩個不同徑向厚度之局部區域22、23、24及25。圖3作為一實例描繪具有相同且恆定徑向厚度之局部區域22及24。局部區域23及25亦具有相同且恆定徑向厚度但具有小於局部區域22及24之厚度之一值。替代性地，作為一實例，局部區域可個別及共同具有恆定徑向厚度(未在圖1至圖3中展示)，其中藉由至少兩個位置之間的不同成分在相對於通道核心周邊之不同圓周位置處達成不同電容。另外，可使用少於四個或四個以上局部區域，且無論局部區域之數目是偶數還是奇數。

在一項實施例中，閘極絕緣體20包括鐵電材料。可使用任何合適現有或仍待開發之鐵電材料。實例包含具有過渡金屬氧化物、鋯、氧化鋯、鉿、氧化鉿、鈦酸鉛鋯及鈦酸鋇鍶之一或多者之鐵電體，且可在其中具有摻雜劑，其包括矽、鋁、鑭、釔、鉺、鈣、鎂、鍶及一稀土元素之一或多者。兩個特定實例係Hf_xSi_yO_z及Hf_xZr_yO_z。

替代性地，閘極絕緣體20可不包括任何鐵電材料，且在一項實施例中，電晶體結構10不具有任何鐵電材料。在此文獻之上下文中，任何鐵電材料之不具有意謂不具有展現鐵電極化切換之任何區域之一結構。例示性非鐵電材料包含二氧化矽、氮化矽及氧化鉿之一或多者。在其中閘極絕緣體包括鐵電材料之一項實施例中，鐵電材料直接抵靠半導電通道核心12，如所展示(例如，MFS結構)。在其中閘極絕緣體20包括鐵電材料之一項實施例中，非鐵電材料(未展示)可在鐵電材料與通道核心12之間(例如，MFIS結構)。

圖4描繪相對於藉由圖3展示之場效電晶體結構之一替代實施例場效電晶體結構10a。已在適當之處使用來自上述實施例之相同元件符號，其中一些結構差異使用後綴「a」指示。閘極絕緣體20a展示為具有圍繞通道核心12之實質上恆定徑向厚度(即，歸因於可變對角線狀厚度而除四個隅角區域處以外)。可藉由在至少任何兩個局部區域22a、22b、22c及22d之至少一些內使用不同成分而達成不同電容。可使用如上文描述之任何其他屬性或結構。

圖5描繪相對於藉由圖3及圖4展示之場效電晶體結構之一替代實施例場效電晶體結構10b。已在適當之處使用來自上述實施例之相同元件符號，其中一些結構差異使用後綴「b」或使用不同元件符號指示。結構10b包含朝向閘極18b徑向向內之鐵電材料26。導電材料28朝向鐵電材料26徑向向內，其中鐵電材料26及導電材料28皆遠離閘極絕緣體20徑向向外。鐵電材料26可具有任何合適成分，諸如上文描述之該等鐵電材料。同樣地，導電材料28可具有任何合適成分，諸如上文相對於閘極18描述之該等導電材料，且材料28可具有相同或不同於材料18之成分之成分。閘極絕緣體20可係非鐵電體，其中在一實例中，結構10b係MFMIS。另外，熟習此項技術者可將一MFMIS電晶體結構中之「F」及「I」共同視為結構之閘極絕緣體，且使夾置於「F」與 「I」之間的一導電材料M作為該閘極絕緣體結構之部分。用於鐵電材料26及導電材料28之例示性徑向厚度分別係約10埃至100埃及約10埃至200埃。可使用如上文描述之任何其他屬性或結構。

在對應於圖5之實施例之一替代實施例中，鐵電材料26可具有如針對介電材料20描述之任何構造及/或不同成分屬性，無論介電材料20之構造及成分屬性。在圖15中相對於一場效電晶體結構10m展示此一替代實施例。已在適當之處使用來自上述實施例之相同元件符號，其中一些結構差異使用後綴「m」指示。例示性結構10m具有如圖4之核心結構之一核心結構12/20a，其中導電材料28m圍繞該結構。鐵電材料26m之厚度經組態以類似於在圖3中展示之介電材料20之厚度。因此，鐵電材料26m具有徑向貫穿其之局部區域，該等局部區域在相對於通道核心周邊之不同圓周位置處具有不同徑向厚度。可使用如上文描述之任何其他屬性或結構。

圖6圖解說明相對於藉由圖3至圖5及圖15展示之場效電晶體結構且呈一快閃電晶體結構之形式的一替代實施例場效電晶體結構10c。已在適當之處使用來自上述實施例之相同元件符號，其中一些結構差異使用後綴「c」或使用不同元件符號指示。電晶體結構10c中之閘極18c係一控制閘極且閘極絕緣體20係一穿隧介電質。介電材料30朝向控制閘極18c徑向向內且電荷捕獲材料32朝向介電材料30徑向向內。電荷捕獲材料32及介電材料30遠離穿隧介電質20徑向向外。例示性介電質20包含氧化矽及氮化矽之一者或一組合，且可使用鐵電體。例示性電荷捕獲材料包含具有或不具有合適摻雜劑之氮化矽、氧化鋁及氧化鉿之任一者。理想地，電荷捕獲材料係具有局部化能障之一材料，該等局部化能障防止電子在電荷捕獲材料內自一個地點跳躍至另一地點。用於介電材料30及電荷捕獲材料32之例示性厚度分別係約5埃至200埃及約50埃至400埃。可使用如上文描述之任何其他屬性或結構。

在根據本發明之一項實施例中，一場效電晶體結構包含一閘極絕緣體，該閘極絕緣體包括兩個對徑相對局部區域之至少兩對，該等局部區域在相對於通道核心周邊之不同圓周位置處徑向延伸貫穿閘極絕緣體，其中至少兩對具有不同共同電容。舉例而言，相對於圖1至圖6之實施例，局部區域22、24(圖3、圖5及圖6)及局部區域22a、24a(圖4)可分別視為具有兩個陳述局部區域(其等相對於通道核心12與彼此對徑相對)之一對。局部區域23、25(圖3、圖5及圖6)及局部區域23a、25a(圖4)可分別視為在相對於通道核心12之不同圓周位置處之兩個對徑相對局部區域之另一對。相對於各對，來自兩個相對區域之共同(即，總)電容不同於各自電晶體結構中之另一對。在一項實施例中，個別處於各對內之局部區域具有相同電容。剛才描述之屬性亦應用至圖15之結構。可使用如上文描述之任何其他屬性或結構。

圖1至圖6及圖15展示例示性實施例，其中電晶體結構僅包括兩對對徑相對局部區域，該等局部區域在相對於通道核心周邊之不同圓周位置處徑向延伸貫穿閘極絕緣體。實施例亦預期此等對之兩者以上(例如，3、4、5等等)。在圖7中展示此一替代例示性場效電晶體結構10d。已在適當之處使用來自上述實施例之相同元件符號，其中一些結構差異使用後綴「d」或使用不同元件符號指示。圖7對應於藉由圖3至圖6展示之結構視圖，且為簡明起見僅展示通道核心12d及緊密圍繞閘極絕緣體20d。遠離其徑向向外之組件可如上述實施例之任一者中描述。圖3至圖6及圖15將半導電通道核心12展示為在水平橫剖面中具有一個四邊形狀(例如，矩形)而圖7中之半導電通道核心12d係六邊形。另外藉由實例，圖7展示兩個對徑相對局部區域之三對，其等在相對於通道核心12d之周邊之不同圓周位置處徑向延伸貫穿閘極絕緣體20d，例如，一對26、27；一對38、39；及一對40、41。圖7亦展示一例示性實施例，其中各局部區域個別具有沿著其各自圓周長度之大 部分之恆定徑向厚度且其中各對內之相對局部位置具有沿著其等各自圓周長度之大部分之相同徑向厚度。另外，局部區域38、39之徑向厚度大於局部區域36、37之徑向厚度，其繼而亦大於局部區域40、41之徑向厚度。然而，可使用如上文描述之任何其他屬性或結構。

圖8描繪相對於圖7之結構10d之一替代實施例六邊形核心場效電晶體結構10e。已在適當之處使用來自上述實施例之相同元件符號，其中一些結構差異使用後綴「e」指示。再次為簡明起見，僅展示半導體通道核心12d及緊密圍繞閘極絕緣體20e。在圖8中，閘極絕緣體20e具有圍繞半導體通道核心12d之實質上恆定徑向厚度(即，歸因於可變對角線狀厚度而除隅角區域處以外)，藉此局部區域36e、38e、40e、37e、39e及41e亦具有相同徑向厚度。可使用如上文描述之任何其他屬性或結構。

上述實施例描繪線性直面半導體通道核心，例如，在圖1至圖6及圖15中係四面且在圖7及圖8中係六面。可使用替代定形及面數之多邊形，且無論此等是規則多邊形還是不規則多邊形。無論如何，局部區域可具有徑向最外部表面，該等徑向最外部表面沿著其等各自圓周長度之至少大部分(例如，其在圍繞半導體通道核心之一大體圓周方向上)呈直線。預期(例如)其中局部區域具有徑向最外部表面(其等沿著其等各自圓周長度之至少大部分彎曲)之替代實施例。在圖9中展示此一例示性實施例場效電晶體結構10f。已在適當之處使用來自上述實施例之相同元件符號，其中一些結構差異使用後綴「f」指示。再次為簡明起見，僅展示半導體通道核心12f及緊密圍繞閘極絕緣體20f。在結構10f中，半導體通道核心12f之圓周展示為圓形，不過可使用其他組態。例示性閘極絕緣體20f並不展示為圓形，例如，具有薄於局部區域23f、25f之徑向(即，平均)局部區域22f、24f。可替代性地使用四個以下或以上區域。可使用如上文描述之任何其他屬性或結 構。

圖10描繪作為圖9之一替代方案之另一實施例場效電晶體結構10g。已在適當之處使用來自上述實施例之相同元件符號，其中一些結構差異使用後綴「g」指示。再次為簡明起見，僅展示半導體通道核心12f及緊密圍繞閘極絕緣體20g。閘極絕緣體20g亦係圓形且與半導體通道核心12f之例示性圓形輪廓同軸。藉此，閘極絕緣體20g具有圍繞半導體通道核心12f之恆定徑向厚度，其中例示性局部區域22g、23g、24g及25g亦藉此具有圍繞通道核心之恆定徑向厚度。藉由實例，可藉由變化至少兩個局部區域內之閘極絕緣體材料之成分而完成例示性四個局部區域中之至少兩個不同電容。可使用如上文描述之任何其他屬性或結構。

可藉由任何現有或仍待開發之方式形成上述構造。舉例而言，相對於四面半導體通道核心之形成，在長度上延長之水平溝槽可最初形成為半導電材料。可用一所要閘極絕緣體成分之一合適絕緣體材料為該等溝槽之半導電材料側壁加襯層。接著，水平溝槽可經形成以正交於最初形成之溝槽，藉此形成將個別構成個別場效電晶體結構之半導體通道核心之四面半導電支柱。此時，該等核心之相對面之兩者被閘極絕緣體襯層覆蓋，而其他相對面並不如此。接著，額外絕緣體材料(具有與第一材料相同或不同之成分)可經沈積以為核心之先前未經加襯層之表面加襯層以及另外橫向/徑向沈積至先前沈積之閘極絕緣體上。藉此，其上方沈積最初絕緣體之半導體通道核心面將徑向厚於半導體通道核心之其他側壁之徑向厚度。替代或另外處理可發生，藉此遮蓋或曝露圍繞一通道核心之特定不同圓周位置，同時在一些局部區域而並非其他區域上方橫向形成閘極絕緣體。

根據上述實施例之在圍繞一半導體通道核心之不同圓周位置處具有不同電容之場效電晶體可經程式化為藉由不同總V_t相對彼此特性 化之至少三個可用不同程式化狀態。參考其中閘極絕緣體20係鐵電之圖1至圖3之實施例描述一第一實例。圖11、圖12、圖13及圖14展示四個可能或可用不同程式化V_t狀態。再次為簡明起見，各圖僅展示圍繞半導體通道核心12之鐵電體20。藉由一箭頭在各自區域22、23、24及25中展示兩個可能鐵電極化狀態之各者，該箭頭指示個別在此等區域中之鐵電極化之兩個方向之一者。

圖11展示一單極化狀態，其中在相同極化狀態中極化各局部區域，其中所有箭頭徑向指向外，此為方便起見在下文中稱為「外箭頭」。圖14展示另一單極化狀態，其中在其他相同極化狀態中極化各局部區域，其中所有箭頭徑向指向內，此為方便起見在下文中稱為「內箭頭」。藉由施加足夠將任何相對狀態改變至所要狀態之合適閘極程式化電壓可自任何先前狀態直接達到任一狀態。已處於所要狀態之任何局部區域將在施加極化改變電壓之後簡單保持於此。

圖12及圖13展示可能混合極化狀態。舉例而言，若在圖11程式化狀態中，若較薄相對局部區域23、25之總電容大於較厚局部區域22、24之總電容，則一程式化電壓可施加至圍繞閘極(未在圖11至圖14中展示)，該程式化電壓足夠將較薄區域23、25中之極化方向反轉至內箭頭，但不足夠大以將較厚區域22、24中之方向反轉至內箭頭，因此導致自圖11之程式化狀態進行至圖12程式化狀態。同樣地，可藉由施加合適程式化電壓(其足夠將較薄局部區域中之極化反轉至外箭頭但不足夠將較厚局部區域中之極化反轉至外箭頭)而由圖14之程式化狀態獲得圖13之程式化狀態。

在例示性四個程式化狀態之各者中，場效電晶體結構將具有相對於其他程式化狀態之各者之一不同V_t。舉例而言，雖然沿著一通道核心表面之一圓周長度之局部臨限值電壓或局部電容可針對閘極絕緣體之不同局部區域而不同，但此個別在各情況中促成用於整個電晶體 裝置之一共同或總V_t，此有效地係裝置之不同於其他程式化狀態之任一者之V_t。

雖然相對於圖11至圖14之上文描述係指其中絕緣體20係鐵電體之圖1至圖3之實施例，但此亦應用至相對於鐵電體26/26m之圖5及圖15之實施例。舉例而言，極化改變可隨不同程式化電壓而發生至圖11至圖14中所描繪之四個狀態之一者之極化變化，但發生在鐵電體26/26m中而非發生在一非鐵電體20中。此係歸因於由於不同徑向厚度及/或材料成分而跨絕緣體20中之局部區域提供之不同電容。

類似地，在歸因於絕緣體20a/20d/20e/20f/20g內之不同成分而在不同局部區域內提供不同電容(即，不同局部電容)之處，可使用不同程式化電壓以導致用於結構之不同總V_t's，因此界定不同程式化狀態。

類似程式化可歸因於在相對於一通道核心之一周邊之兩個(至少兩個)不同圓周位置處之不同局部電容而發生於圖6之一快閃裝置中。在此情況中，藉由並不來自一鐵電體之改變極化而是由歸因於不同局部電容而注射至不同圓周位置處之電荷捕獲材料中之電荷之變化量引起之不同程式化電壓獲得不同V_t。

本發明之實施例包含不需涵蓋上文構造屬性之一或多者之程式化場效電晶體之方法。在此一例示性實施例中，一方法包含將一鐵電場效電晶體程式化為藉由不同V_t(即，總V_t)相對彼此特性化之至少三個可用不同程式狀態之一者。經程式化之電晶體包括一半導體通道核心。鐵電材料接近通道核心之一周邊。一閘極接近鐵電材料之一周邊。程式化包含將一程式化電壓施加至閘極，該程式化電壓反轉在某圓周位置處而非在另一圓周位置處之鐵電材料內之極化方向以使電晶體之V_t自在施加程式化電壓之前之其V_t而改變。自圖11進行至圖12或自圖14進行至圖13之上文例示性程式化係例示性此等實施例方法，且 無論是應用至圖3、圖4還是圖5實施例。

在根據本發明之一項實施例中，一方法包含將一鐵電場效電晶體程式化為藉由不同V_t相對彼此特性化之至少四個可用不同程式化狀態之一者。電晶體包括具有至少四個徑向最外部表面之一半導體通道核心，該等徑向最外部表面沿著其等各自圓周長度之至少大部分呈直線。一鐵電材料接近最外部表面。一閘極接近鐵電材料之一周邊。程式化方法包含將一程式化電壓施加至閘極，該程式化電壓反轉在至少四個表面之前兩個對徑相對表面上方之鐵電材料內之極化方向而不反轉在至少四個表面之後兩個對徑相對表面上方之鐵電材料內之極化方向。又，在圖11進行至圖12且自圖14進行至圖13中描繪之程式化各係例示性此等方法。

類似程式化可相對於一快閃場效電晶體結構而發生。舉例而言，如圖6中展示之一快閃電晶體結構可經程式化為三個不同程式化狀態之一者。一個程式化狀態將係完全圓周圍繞通道核心之電荷捕獲材料充分負載有電荷之情形。另一狀態將係電荷捕獲材料完全圓周圍繞通道核心充分放電之情形。一第三狀態將係兩對對徑相對區域之一者內之電荷捕獲材料充分負載有電荷且另一對對徑相對區域相較於充分負載之區域負載有一較低量之電荷之情形。藉此，提供三個不同總V_t's，一者用於各不同狀態且可經感測。可自充分放電狀態直接達到第三中間充電狀態。

根據本發明之一方法實施例包含將一場效電晶體程式化為藉由不同V_t相對彼此特性化之至少三個可用不同程式化狀態之一者。電晶體包括一半導體通道核心。一穿隧介電質接近通道核心之一周邊。電荷捕獲材料接近穿隧介電質之一周邊。外部介電質接近電荷捕獲材料之一周邊。導電控制閘極材料接近外部介電質之一周邊。程式化方法包括將一程式化電壓施加至控制閘極，該程式化電壓將不同的量子電 子注射至不同圓周位置處之電荷捕獲材料中以使電晶體之V_t自在施加該程式化電壓之前之其V_t而改變。剛才相對於一快閃電晶體結構描述之上文處理係自充分放電進行至中間充電狀態之一實例。

本發明之一些實施例涵蓋獨立於閘極絕緣體是否具有徑向貫穿其之在相對於通道核心周邊之不同圓周位置處具有不同電容之局部區域之場效電晶體結構。在此一實施例中，一場效電晶體結構包括一半導體通道核心及在通道核心之相對端處之一源極/汲極區域。一閘極接近通道核心之一周邊。一鐵電閘極絕緣體在閘極與通道核心之間。鐵電閘極絕緣體具有徑向貫穿其之局部區域，該等局部區域在相對於通道核心周邊之不同圓周位置處具有不同徑向厚度。在一項實施例中，具有不同徑向厚度之此等局部區域具有相對彼此之不同電容。可使用如上文描述之任何其他屬性或結構。

在另一此實施例中，一場效電晶體結構包括一半導體通道核心及在通道核心之相對端處之一源極/汲極區域。一閘極結構接近通道核心之一周邊。一外部導電材料接近通道核心周邊。外部鐵電材料朝向外部導電材料徑向向內接近通道核心周邊。內部導電材料朝向外部鐵電材料徑向向內接近通道核心周邊。內部介電質徑向處於內部導電材料與通道核心之間，其中內部介電質具有徑向貫穿其之局部區域，該等局部區域在相對於通道核心周邊之不同圓周位置處具有不同徑向厚度。在一項實施例中，具有不同徑向厚度之局部區域具有相對彼此之不同電容。可使用如上文描述之任何其他屬性或結構。

在一項實施例中，一場效電晶體結構包括具有四個徑向最外部表面之一半導體通道核心，該等徑向最外部表面沿著其等各自圓周長度之至少大部分呈直線。一源極/汲極區域在通道核心之相對端處。一閘極接近通道核心之一周邊。一閘極絕緣體在四個表面之各者上方處於閘極與通道核心之間。在四個表面之前兩個對徑相對表面上方之 閘極絕緣體徑向薄於在四個表面之後兩個對徑相對表面上方之閘極絕緣體。在一項實施例中，徑向較薄閘極絕緣體提供大於在對徑相對四個表面之後兩者上方之閘極絕緣體提供之局部電容。

總結

在一些實施例中，一場效電晶體結構包括一半導電通道核心。一源極/汲極區域在通道核心之相對端處。一閘極接近通道核心之一周邊。一閘極絕緣體在該閘極與該通道核心之間。閘極絕緣體具有徑向貫穿其之局部區域，該等局部區域在相對於通道核心周邊之不同圓周位置處具有不同電容。

在一些實施例中，一場效電晶體結構包括一半導電通道核心。一源極/汲極區域在通道核心之相對端處。一閘極接近通道核心之一周邊。一鐵電閘極絕緣體在閘極與通道核心之間，該鐵電閘極絕緣體具有徑向貫穿其之局部區域，該等局部區域在相對於通道核心周邊之不同圓周位置處具有不同徑向厚度。

在一些實施例中，一場效電晶體結構包括一半導電通道核心。一源極/汲極區域在通道核心之相對端處。一閘極接近通道核心之一周邊。一鐵電閘極絕緣體在閘極與通道核心之間，該鐵電閘極絕緣體具有圍繞通道核心之恆定徑向厚度且該鐵電閘極絕緣體在相對於通道核心周邊之不同圓周位置處具有不同成分之局部區域。

在一些實施例中，一場效電晶體結構包括一半導電通道核心。一源極/汲極區域在通道核心之相對端處。一閘極結構接近通道核心之一周邊。閘極結構包括接近通道核心之一周邊之外部導電材料。外部鐵電材料朝向外部導電材料徑向向內接近通道核心之一周邊。內部導電材料朝向外部鐵電材料徑向向內接近通道核心周邊。內部介電質徑向處於內部導電材料與通道核心之間。內部介電質具有徑向貫穿其之局部區域，該等局部區域在相對於通道核心周邊之不同圓周位置處 具有不同徑向厚度。

在一些實施例中，一場效電晶體結構包括一半導電通道核心。一源極/汲極區域在通道核心之相對端處。一閘極結構接近通道核心之一周邊。閘極結構包括接近通道核心周邊之外部導電材料。外部鐵電材料朝向外部導電材料徑向向內接近通道核心周邊。外部鐵電材料具有徑向貫穿其之局部區域，該等局部區域在相對於通道核心周邊之不同圓周位置處具有不同徑向厚度。內部導電材料朝向外部鐵電材料徑向向內接近通道核心周邊。內部介電質徑向處於內部導電材料與通道核心之間。

在一些實施例中，一場效電晶體結構包括一半導電通道核心。一源極/汲極區域在通道核心之相對端處。一閘極接近通道核心之一周邊。一閘極絕緣體在該閘極與該通道核心之間。閘極絕緣體包括兩個對徑相對局部區域之至少兩對，該等局部區域在相對於通道核心周邊之不同圓周位置處徑向延伸貫穿閘極絕緣體。該至少兩對具有不同共同電容。

在一些實施例中，一場效電晶體結構包括具有四個徑向最外部表面之一半導電通道核心，該等徑向最外部表面沿著其等各自圓周長度之至少大部分呈直線。一源極/汲極區域在通道核心之相對端處。一閘極接近通道核心之一周邊。一閘極絕緣體在四個表面之各者上方處於閘極與通道核心之間。在四個表面之前兩個對徑相對表面上方之閘極絕緣體徑向薄於在四個表面之後兩個對徑相對表面上方之閘極絕緣體。

在一些實施例中，一方法包括將一鐵電場效電晶體程式化為藉由不同V_t相對彼此特性化之至少三個可用不同程式化狀態之一者。電晶體包括一半導電通道核心。鐵電材料接近通道核心之一周邊。一閘極接近鐵電材料之一周邊。方法包括將一程式化電壓施加至閘極，該 程式化電壓反轉在某圓周位置處而非在另一圓周位置處之鐵電材料內之極化方向以使電晶體之V_t自該施加之前之其V_t而改變。

在一些實施例中，一方法包括將一鐵電場效電晶體程式化為藉由不同V_t相對彼此特性化之至少四個可用不同程式化狀態之一者。電晶體包括具有至少四個徑向最外部表面之一半導電通道核心，該等徑向最外部表面沿著其等各自圓周長度之至少大部分呈直線。一鐵電材料接近最外部表面。一閘極接近鐵電材料之一周邊。方法包括將一程式化電壓施加至閘極，該程式化電壓反轉在至少四個表面之前兩個對徑相對表面上方之鐵電材料內之極化方向而不反轉在至少四個表面之後兩個對徑相對表面上方之鐵電材料內之極化方向。

在一些實施例中，一方法包括將一場效電晶體程式化為藉由不同V_t相對彼此特性化之至少三個可用不同程式化狀態之一者。電晶體包括一半導電通道核心。一穿隧介電質接近通道核心之一周邊。電荷捕獲材料接近穿隧介電質之一周邊。外部介電質接近電荷捕獲材料之一周邊。導電控制閘極材料接近外部介電質之一周邊。方法包括將一程式化電壓施加至控制閘極，該程式化電壓將不同的量子電子注射至不同圓周位置處之電荷捕獲材料中以使電晶體之V_t自在該施加之前之其V_t而改變。

按照法令，已按或多或少關於構造及方法特徵特定之語言描述本文中揭示之標的物。然而，應理解，申請專利範圍不限於展示及描述之特定特徵，此係由於本文中揭示之方法包括例示性實施例。因此，申請專利範圍應提供如字面措詞之完整範疇，且根據等效物之教義適當說明。

Claims (16)

1. 一種場效電晶體結構，其包括：一半導電通道核心；一源極/汲極區域，其在該通道核心之相對端處，該通道核心包括自該源極/汲極區域之一者之一邊緣貫穿至該源極/汲極區域之另一者之一邊緣之一最小通道長度；一閘極，其接近該通道核心之一周邊；一閘極絕緣體，其在該閘極與該通道核心之間，該閘極絕緣體具有徑向貫穿其之多個局部區域，該等局部區域個別地沿著所有該最小通道長度延伸且沿著所有該最小通道長度相對於該通道核心周邊而在不同圓周位置處具有不同電容；及朝向該閘極徑向向內之鐵電材料及朝向該鐵電材料徑向向內之導電材料，該鐵電材料及該導電材料遠離該閘極絕緣體徑向向外。
2. 如請求項1之結構，其中該閘極絕緣層包括直接抵靠該半導電通道核心之鐵電材料。
3. 如請求項1之結構，其中該閘極絕緣層不具有鐵電材料。
4. 一種場效電晶體結構，其包括：一半導電通道核心；一源極/汲極區域，其在該通道核心之相對端處；一閘極，其接近該通道核心之一周邊且完全包圍(encircling)該通道核心之該周邊；一閘極絕緣體，其在該閘極與該通道核心之間，該閘極絕緣體具有徑向貫穿其之多個局部區域，該等局部區域在相對於該通道核心周邊之不同圓周位置處具有不同電容；及 該場效電晶體結構係一快閃電晶體結構，其中該閘極係一控制閘極且該閘極絕緣體係一穿隧介電質，且包括朝向該控制閘極徑向向內之介電材料及朝向該介電材料徑向向內之電荷捕獲(trapping)材料，該介電材料及該電荷捕獲材料遠離該穿隧介電質徑向向外。
5. 一種場效電晶體結構，其包括：一半導電通道核心；一源極/汲極區域，其在該通道核心之相對端處，該通道核心包括自該源極/汲極區域之一者之一邊緣貫穿至該源極/汲極區域之另一者之一邊緣之一最小通道長度；一閘極結構，其接近該通道核心之一周邊，該閘極結構包括：外部導電材料，其接近該通道核心周邊；外部鐵電材料，其朝向該外部導電材料徑向向內接近該通道核心周邊；內部導電材料，其朝向該外部鐵電材料徑向向內接近該通道核心周邊；及內部介電質，其徑向處於該內部導電材料與該通道核心之間，該內部介電質具有徑向貫穿其之多個局部區域，該等局部區域在相對於該通道核心周邊之不同圓周位置處具有個別地沿著所有該最小通道長度延伸之不同徑向厚度。
6. 如請求項5之結構，其中具有不同徑向厚度之該等局部區域具有相對彼此之不同電容。
7. 一種場效電晶體結構，其包括：一半導電通道核心；一源極/汲極區域，其在該通道核心之相對端處； 一閘極結構，其接近該通道核心之一周邊，該閘極結構包括：外部導電材料，其接近該通道核心周邊；外部鐵電材料，其朝向該外部導電材料徑向向內接近該通道核心周邊，該外部鐵電材料具有徑向貫穿其之多個局部區域，該等局部區域在相對於該通道核心周邊之不同圓周位置處具有不同徑向厚度；內部導電材料，其朝向該外部鐵電材料徑向向內接近該通道核心周邊；及內部介電質，其徑向處於該內部導電材料與該通道核心之間。
8. 一種場效電晶體結構，其包括：一半導電通道核心；一源極/汲極區域，其在該通道核心之相對端處；一閘極，其接近該通道核心之一周邊；及一閘極絕緣體，其在該閘極與該通道核心之間，該閘極絕緣體包括兩個對徑(diametrically)相對局部區域之至少兩對，該等局部區域在相對於該通道核心周邊之不同圓周位置處徑向延伸貫穿該閘極絕緣體，該至少兩對具有不同的共同(collective)電容，該等局部區域具有徑向最外部表面，該等徑向最外部表面沿著其等各自圓周長度之至少大部分彎曲。
9. 一種場效電晶體結構，其包括：一半導電通道核心，其具有四個徑向最外部表面，該等徑向最外部表面沿著其等各自圓周長度之至少大部分呈直線；一源極/汲極區域，其在該通道核心之相對端處，該通道核心包括自該源極/汲極區域之一者之一邊緣貫穿至該源極/汲極區域 之另一者之一邊緣之一最小通道長度；一閘極，其接近該通道核心之一周邊；一閘極絕緣體，其在該四個表面之各者上方處於該閘極與該通道核心之間，在該四個表面之前兩個對徑相對表面上方沿著所有該最小通道長度之該閘極絕緣體係徑向薄於在該四個表面之後兩個對徑相對表面上方沿著所有該最小通道長度之該閘極絕緣體；及該徑向較薄閘極絕緣體提供大於在該後兩者上方之該閘極絕緣體提供之局部電容。
10. 一種將一鐵電場效電晶體程式化為藉由不同V_t相對彼此特性化之至少三個可用不同程式化狀態之一者之方法；該電晶體包括一半導電通道核心、接近該通道核心之一周邊之鐵電材料及接近該鐵電材料之一周邊之一閘極；該方法包括：將一程式化電壓施加至該閘極，該程式化電壓反轉在某圓周位置處而非在另一圓周位置處之該鐵電材料內之極化方向以使該電晶體之V_t自在該施加之前之其V_t而改變。
11. 如請求項10之方法，其中該鐵電材料直接抵靠該通道核心。
12. 如請求項10之方法，其中該電晶體包括直接抵靠該半導電通道核心之該周邊之另一介電質及直接抵靠該另一介電質之一周邊之另一閘極，該鐵電體係直接抵靠該另一閘極之一周邊之介電質。
13. 如請求項12之方法，其中該另一介電質不具有任何鐵電材料。
14. 一種將一鐵電場效電晶體程式化為藉由不同V_t相對彼此特性化之至少四個可用不同程式化狀態之一者之方法；該電晶體包括具有至少四個徑向最外部表面之一半導電通道核心，該等徑向最外部表面沿著其等各自圓周長度之至少大部分呈直線，鐵電材 料接近該等最外部表面，且一閘極接近該鐵電材料之一周邊；該方法包括：將一程式化電壓施加至該閘極，該程式化電壓反轉在該至少四個表面之前兩個對徑相對表面上方之該鐵電材料內之極化方向而不反轉在該至少四個表面之後兩個對徑相對表面上方之該鐵電材料內之極化方向。
15. 一種將一場效電晶體程式化為藉由不同V_t相對彼此特性化之至少三個可用不同程式化狀態之一者之方法；該電晶體包括一半導電通道核心、接近該通道核心之一周邊之穿隧介電質、接近該穿隧介電質之一周邊之電荷捕獲材料、接近該電荷捕獲材料之一周邊之外部介電質及接近該外部介電質之一周邊之導電控制閘極材料；該方法包括：將一程式化電壓施加至該控制閘極，該程式化電壓將不同的量子電子注射至不同圓周位置處之該電荷捕獲材料中以使該電晶體之V_t自在該施加之前之其V_t而改變。
16. 一種場效電晶體結構，其包括：一半導電通道核心；一源極/汲極區域，其在該通道核心之相對端處，該通道核心包括自該源極/汲極區域之一者之一邊緣貫穿至該源極/汲極區域之另一者之一邊緣之一最小通道長度；一閘極，其接近該通道核心之一周邊，該閘極完全圍繞該通道核心；及一閘極絕緣體，其在該閘極與該通道核心之間，該閘極絕緣體完全圍繞該通道核心，該閘極絕緣體包括兩個對徑相對局部區域之兩對，該等局部區域在相對於該通道核心周邊之不同圓周位置處徑向延伸穿過個別地沿著所有該最小通道長度延伸之該 閘極絕緣體，該兩對沿著所有該最小通道長度具有不同的共同電容，該閘極絕緣體僅包括該等對之兩對。