[发明专利]开关元件、半导体存储器装置及其制造方法

说明书

本申请涉及开关元件、半导体存储器装置及其制造方法。一种开关元件包括：第一栅极介电层，其形成在基板上方；第二栅极介电层，其形成在第一栅极介电层上方以与第一栅极介电层的一部分交叠，并且包括铁电材料；第二栅电极，其形成在第二栅极介电层上方；以及第一栅电极，其位于第一栅极介电层和第二栅极介电层之间，并且被配置为控制第二栅极介电层选择性地具有负电容。

技术领域

各种实施方式总体上涉及电子装置，更具体地，涉及一种包括负电容器的开关元件、包括该开关元件的半导体存储器装置以及制造该半导体存储器装置的方法。

背景技术

为了满足消费者所需求的优异性能和低价格，需要改进半导体装置的集成度。具体地，由于半导体存储器装置的集成度是决定产品的性能和价格的重要因素，所以正在进行各种尝试以改进集成度。例如，在包括多个存储器单元的半导体存储器装置中，正在积极地对包括以3D方式布置的存储器单元的3D半导体存储器装置进行研究，因此可减小基板的每单位面积存储器单元所占用的面积。

发明内容

在实施方式中，一种开关元件可包括：第一栅极介电层，其形成在基板上方；第二栅极介电层，其形成在第一栅极介电层上方以与第一栅极介电层的一部分交叠，并且包括铁电材料；第二栅电极，其形成在第二栅极介电层上方；以及第一栅电极，其位于第一栅极介电层和第二栅极介电层之间，并且被配置为控制第二栅极介电层选择性地具有负电容。

在实施方式中，一种开关元件可包括：第一栅极层叠物，其形成在基板上方；以及一个或更多个第二栅极层叠物，其形成在基板上方并且与第一栅极层叠物邻近。第一栅极层叠物可包括依次层叠在基板上方的第一栅极介电层、第一栅电极、第二栅极介电层和第二栅电极，第二栅极介电层包括响应于施加到第一栅电极的偏压而具有负电容的铁电材料，并且第二栅极层叠物可包括依次层叠在基板上方的第三栅极介电层、第四栅极介电层和第三栅电极，第四栅极介电层包括具有自感生负电容的铁电材料。

在实施方式中，一种开关元件可包括：第一栅极层叠物，其形成在基板上方；以及第二栅极层叠物，其形成在基板上方并且与第一栅极层叠物邻近。第一栅极层叠物可包括依次层叠在基板上方的第一栅极介电层、第二栅极介电层和第一栅电极，第二栅极介电层包括具有自感生负电容的铁电材料，并且第二栅极层叠物可包括依次层叠在基板上方的存储器层和第二栅电极，存储器层包括电荷捕获层。

在实施方式中，一种半导体存储器装置可包括：多个存储器单元，其被配置为共享沟道结构；以及第一开关元件，其被配置为共享沟道结构并且联接到存储器单元的一侧。第一开关元件可包括：第一栅极介电层，其围绕沟道结构；第一栅电极，其围绕第一栅极介电层；第二栅极介电层，其围绕第一栅电极的一部分，并且包括响应于施加到第一栅电极的偏压而具有负电容的铁电材料；以及第二栅电极，其围绕第二栅极介电层并且具有平面形状。

在实施方式中，一种半导体存储器装置可包括：多个存储器单元，其被配置为共享沟道结构；以及第一开关元件，其被配置为共享沟道结构并且联接到存储器单元的一侧。第一开关元件可包括层叠以彼此间隔开的第一栅极结构和第二栅极结构。第一栅极结构可包括围绕沟道结构的第一栅极介电层、围绕第一栅极介电层并且包括具有自感生负电容的铁电材料的第二栅极介电层以及围绕第二栅极介电层并且具有平面形状的第一栅电极，并且第二栅极结构可包括围绕沟道结构并且包括电荷捕获层的存储器层以及围绕存储器层并且具有平面形状的第二栅电极。

在实施方式中，一种制造半导体存储器装置的方法可包括以下步骤：在基板上方形成第一层叠体，该第一层叠体包括交替地层叠在其中的一个或更多个第一材料层和一个或更多个第二材料层；穿过第一层叠体形成第一开口；在第一开口的侧壁上形成第二栅极介电层，该第二栅极介电层包括铁电材料；在第一层叠体和第一开口的形成有第二栅极介电层的侧壁上形成第二材料层；在第一开口内第二材料层的侧壁上依次形成第一栅极介电层和沟道层；去除第二材料层；以及通过利用导电材料间隙填充第二材料层被去除的空间来形成第一栅电极和第二栅电极，其中，第一栅电极位于第一栅极介电层和第二栅极介电层之间，并且第二栅电极抵接在第二栅极介电层上。