忆容器结构及其读写控制方法、制造方法、电子设备与流程

本申请涉及半导体，特别是涉及一种忆容器结构及其读写控制方法、制造方法、电子设备。

背景技术：

1、忆容器、忆阻器和忆感器均是具有记忆特性的新型非线性电路元件，也被称为记忆元件。其中，以忆容器为例，忆容器可以通过其电容介电常数、电容电极形状或电极间距等发生变化以形成不同的电容状态，并将其存储状态保持成非易失状态的存储器件，从而应用于高效能且低功耗的电子器件中。

技术实现思路

1、基于此，本申请提供了一种忆容器结构及其读写控制方法、制造方法、电子设备，能够在提升存储密度的同时简化制备工艺，并具有较好的工艺兼容性、较低的能耗和较小的读取噪声。

2、第一方面，本申请提供了一种忆容器结构，包括：一个或多个忆容器。忆容器包括：编程电极、读取电极、第一介质层、半导体层、第二介质层和存储层。其中，编程电极沿平行衬底的第一方向延伸，具有通孔。读取电极位于所述通孔内，沿垂直衬底的第二方向延伸。第一介质层位于所述通孔内并环绕覆盖读取电极的外侧壁。半导体层位于所述通孔内并环绕覆盖第一介质层背离读取电极的外侧壁。第二介质层位于所述通孔内并环绕覆盖半导体层背离第一介质层的外侧壁。存储层位于所述通孔内并连接第二介质层和编程电极。

3、根据本申请一些实施例，多个忆容器沿第一方向排布呈行，沿第二方向排布呈列。忆容器结构还包括：多条字线、多条位线和多条源极线；其中，一条字线连接一行忆容器的编程电极；一条位线连接一列忆容器的读取电极；一条源极线连接一列忆容器的半导体层。

4、根据本申请一些实施例，忆容器结构还包括如下至少一种方案：字线和对应行的编程电极为一体结构；位线和对应列的读取电极为一体结构；源极线和对应列的半导体层为一体结构。

5、根据本申请一些实施例，存储层包括铁电存储层。

6、第二方面，本申请提供了一种忆容器结构的读写控制方法，可应用于如上任一些实施例中所述的忆容器结构，所述读写控制方法包括如下写阶段和读阶段。

7、在写阶段，向编程电极施加第一写电压信号；在读取电极未被施加电压信号时，存储层写入第一存储数据；在向读取电极施加第二写电压信号时，存储层写入第二存储数据。

8、在读阶段，向所述半导体层施加接地电压信号；向所述编程电极施加第一读电压信号；所述读取电极感应电容电荷以读取存储数据。

9、根据本申请一些实施例，多个忆容器沿第一方向排布呈行，沿第二方向排布呈列。忆容器结构还包括：多条字线、多条位线和多条源极线；其中，一条字线连接一行忆容器的编程电极；一条位线连接一列忆容器的读取电极；一条源极线连接一列忆容器的半导体层。

10、相应地，所述读写控制方法还可以包括如下步骤。

11、在读阶段，多条字线向对应的编程电极施加第二读电压信号；多条位线通过对应的读取电极读取所述存储数据并进行矩阵向量乘法加权，以输出加权数据。

12、根据本申请一些实施例，多个忆容器沿第一方向排布呈行，沿第二方向排布呈列。忆容器结构还包括：多条字线、多条位线和多条源极线；其中，一条字线连接一行忆容器的编程电极；一条位线连接一列忆容器的读取电极；一条源极线连接一列忆容器的半导体层。

13、相应地，所述读写控制方法还可以包括如下步骤。

14、在写阶段，沿平行衬底方向位于同一平面的多条字线同时向对应的编程电极施加第一写电压信号，以控制对应的各存储层同时写入所述存储数据。

15、第三方面，本申请提供了一种忆容器结构的制造方法，可用于制造如上任一些实施例中所述的忆容器结构，所述制造方法包括如下步骤。

16、形成堆叠结构。堆叠结构包括沿垂直衬底的第二方向交替层叠的多层隔离层和多层牺牲层。

17、图案化堆叠结构，形成多个通孔。

18、于通孔内依序形成存储层、第二介质层、半导体层、第一介质层和读取电极；其中，读取电极沿第二方向延伸；第一介质层环绕覆盖读取电极的外侧壁；半导体层环绕覆盖第一介质层的外侧壁；第二介质层环绕覆盖半导体层的外侧壁；存储层环绕覆盖第二介质层的外侧壁。

19、图案化堆叠结构，形成多个隔离沟槽。

20、基于隔离沟槽去除牺牲层，并于牺牲层的去除区域形成包覆存储层的外侧壁的编程电极。

21、根据本申请一些实施例，多个通孔沿平行衬底的第一方向排布呈行。隔离沟槽贯穿堆叠结构并沿第一方向延伸；所述制造方法还包括：于隔离沟槽内形成隔离结构。

22、第四方面，本申请还提供了一种电子设备，包括上述一些实施例中所述的忆容器结构；或，基于上述一些实施例中所述的忆容器结构的制造方法制备的忆容器结构。

23、本申请实施例可以/至少具有以下优点：

24、本申请实施例中，在忆容器的编程电极内设置通孔，并在通孔内设置忆容器的读取电极以及依序环绕读取电极的第一介质层、环绕第一介质层的半导体层、环绕半导体层的第二介质层和环绕第二介质层的存储层，易于实现忆容器的三维堆叠，并能在提升存储密度的同时简化制备工艺，以及具有较好的工艺兼容性。并且，本申请实施例在通过存储层进行存储数据的写入或擦除时，能够使得编程电极和读取电极之间的电容值大小不同，这样在进行存储数据的读取时，通过对编程电极施加电压，便可以通过读取电极所感应的电容电荷进行存储数据的读取，从而具有较小的读取噪声和较低的能耗。

1.一种忆容器结构，其特征在于，包括：一个或多个忆容器；所述忆容器包括：

2.根据权利要求1所述的忆容器结构，其特征在于，多个所述忆容器沿所述第一方向排布呈行，沿所述第二方向排布呈列；所述忆容器结构还包括：多条字线、多条位线和多条源极线；其中，

3.根据权利要求2所述的忆容器结构，其特征在于，还包括如下至少一种方案：

4.根据权利要求1~3中任一项所述的忆容器结构，其特征在于，所述存储层包括铁电存储层。

5.一种忆容器结构的读写控制方法，其特征在于，应用于如权利要求1~4中任一项所述的忆容器结构；所述读写控制方法包括：

6.根据权利要求5所述的忆容器结构的读写控制方法，其特征在于，多个所述忆容器沿所述第一方向排布呈行，沿所述第二方向排布呈列；所述忆容器结构还包括：多条字线、多条位线和多条源极线；其中，一条所述字线连接一行所述忆容器的所述编程电极；一条所述位线连接一列所述忆容器的所述读取电极；一条所述源极线连接一列所述忆容器的所述半导体层；

7.根据权利要求5所述的忆容器结构的读写控制方法，其特征在于，多个所述忆容器沿所述第一方向排布呈行，沿所述第二方向排布呈列；所述忆容器结构还包括：多条字线、多条位线和多条源极线；其中，一条所述字线连接一行所述忆容器的所述编程电极；一条所述位线连接一列所述忆容器的所述读取电极；一条所述源极线连接一列所述忆容器的所述半导体层；

8.一种忆容器结构的制造方法，其特征在于，包括：

9.根据权利要求8所述的忆容器结构的制造方法，其特征在于，多个所述通孔沿平行衬底的第一方向排布呈行；所述隔离沟槽贯穿所述堆叠结构并沿所述第一方向延伸；所述制造方法还包括：

10.一种电子设备，其特征在于，包括：如权利要求1~4中任一项所述的忆容器结构；或，基于权利要求8或9所述的忆容器结构的制造方法制备的忆容器结构。