非易失性存储装置及神经形态设备的制作方法

本公开涉及包括存储单元串的垂直非易失性存储装置。

背景技术：

1、非易失性存储装置可为半导体存储装置，并可包括多个存储单元，即使在断电时所述多个存储单元也能保持数据并在供电时再次使用存储的数据。作为使用非易失性存储装置的示例，非易失性存储装置可以用于蜂窝电话、数码相机、便携式数字助理(pda)、移动计算机装置、固定计算机装置和其他装置。

2、最近，已经进行了在芯片中使用三维(或垂直)nand(或vnand)结构以形成下一代神经形态计算平台或神经网络的研究。具体地，可需要用于获得高密度和低功耗并能够允许对存储单元进行随机存取的技术。

技术实现思路

1、提供了一种垂直非易失性存储装置，其中一个存储单元的厚度减小以减小存储单元串的总厚度并增加堆叠存储单元的数量。

2、附加的方面将部分在以下描述中阐述，部分将从描述中是明显的，或可通过实施本公开所给出的实施方式而了解。

3、根据一实施方式，一种非易失性存储装置可包括：沿第一方向延伸的沟道层；多个栅电极和多个间隔物，其中每个在与第一方向交叉的第二方向上延伸，多个栅电极和多个间隔物在第一方向上彼此交替排列；以及在沟道层和多个栅电极之间在第一方向上延伸的栅极绝缘层。多个栅电极中的每个可以包括金属掺杂的石墨烯。

4、在一些实施方式中，金属掺杂的石墨烯可包括金属颗粒，且金属颗粒可包括ru、al、ti、pt、ta、rh、ir和co中的至少一种。

5、在一些实施方式中，金属掺杂的石墨烯中金属颗粒与碳的比率可为约1原子百分比(at)％至约50at％。

6、在一些实施方式中，金属掺杂的石墨烯中具有sp2键合结构的碳与总碳的比率可为约50％至约99％。

7、在一些实施方式中，金属掺杂的石墨烯可包括本征石墨烯或纳米晶石墨烯。

8、在一些实施方式中，纳米晶石墨烯可包括具有约0.5nm至约500nm的尺寸的晶体。

9、在一些实施方式中，金属掺杂的石墨烯的功函数可大于约4.7ev。

10、在一些实施方式中，金属掺杂的石墨烯的功函数可大于约4.9ev。

11、在一些实施方式中，多个栅电极中的每个的厚度可在约0.3nm至约15nm的范围内。

12、在一些实施方式中，栅极绝缘层可包括：在沟道层和多个栅电极之间的扩散屏障层；在沟道层和扩散屏障层之间的电荷阻挡层；在沟道层和电荷阻挡层之间的电荷俘获层；以及在沟道层和电荷俘获层之间的隧穿电介质层。

13、在一些实施方式中，扩散屏障层、电荷阻挡层、电荷俘获层和隧穿电介质层可在第一方向上在沟道层的表面上延伸。

14、在一些实施方式中，电荷阻挡层、电荷俘获层和隧穿电介质层可在第一方向上在沟道层的表面上延伸。扩散屏障层可以包括在第一方向上在沟道层的表面上延伸的第一部分。扩散屏障层可以包括在第二方向上延伸的第二部分，并且第二部分可以覆盖多个栅电极中的每个的上表面和下表面。

15、在一些实施方式中，扩散屏障层、电荷阻挡层、电荷俘获层和隧穿电介质层每个可包括在第一方向上在沟道层的表面上延伸的第一部分以及在第二方向上延伸以覆盖多个栅电极中每个的上表面和下表面的第二部分。

16、在一些实施方式中，多个间隔物中的每个的侧表面可直接接触沟道层的表面。

17、在一些实施方式中，扩散屏障层和电荷阻挡层可集成为包括六方氮化硼(h-bn)的单层。

18、在一实施方式中，神经形态设备可包括处理电路和存储系统。存储系统可以包括根据实施方式的非易失性存储装置和存储控制器。存储控制器可以被配置为对非易失性存储装置执行控制操作。

19、根据一实施方式，一种非易失性存储装置可包括：在第一方向上延伸的沟道层；多个栅电极和多个间隔物，其中每个在与第一方向交叉的第二方向上延伸，多个栅电极和多个间隔物在第一方向上彼此交替排列；以及在沟道层和多个栅电极之间在第一方向上延伸的栅极绝缘层。栅极绝缘层可以包括：在沟道层和多个栅电极之间的六方氮化硼(h-bn)层；在沟道层和h-bn层之间的电荷俘获层；以及在沟道层和电荷俘获层之间的隧穿电介质层。

20、在一些实施方式中，多个栅电极中的每个可包括金属掺杂的石墨烯。

21、在一些实施方式中，金属掺杂的石墨烯可包括金属颗粒，且金属颗粒可包括ru、al、ti、pt、ta、rh、ir和co中的至少一种。

22、在一些实施方式中，金属掺杂的石墨烯中金属颗粒与碳的比率可为约1原子百分比(at)％至约50at％。

23、在一些实施方式中，金属掺杂的石墨烯中具有sp2键合结构的碳与总碳的比率可为约50％至约99％。

24、在一些实施方式中，金属掺杂的石墨烯可包括纳米晶石墨烯。

25、在一些实施方式中，纳米晶石墨烯可包括具有约0.5nm至约150nm尺寸的晶体。

26、在一些实施方式中，金属掺杂的石墨烯的功函数可大于约4.7ev。

27、在一些实施方式中，金属掺杂的石墨烯的功函数可大于约4.9ev。

28、在一些实施方式中，多个栅电极中的每个的厚度可在约0.3nm至约15nm的范围内。

29、在一些实施方式中，h-bn层、电荷俘获层和隧穿电介质层可沿沟道层的表面在第一方向上延伸。

30、在一些实施方式中，电荷俘获层和隧穿电介质层可在第一方向上在沟道层的表面上延伸，h-bn层可包括在第一方向上在沟道层的表面上延伸的部分以及在第二方向上延伸以覆盖多个栅电极中的每个的上表面和下表面的部分。

31、在一些实施方式中，h-bn层、电荷俘获层和隧穿电介质层每个可包括在第一方向上在沟道层的表面上延伸的部分以及在第二方向上延伸以覆盖多个栅电极中的每个的上表面和下表面的部分。

32、在一些实施方式中，多个间隔物中的每个的侧表面可直接接触沟道层的表面。

33、在一实施方式中，一种神经形态设备可包括处理电路和存储系统。存储系统可以包括根据实施方式的非易失性存储装置和存储控制器。存储器控制器可以被配置为对非易失性存储装置执行控制操作。

34、根据一实施方式，一种非易失性存储装置可包括：在第一方向上延伸的沟道层；多个栅电极，其中每个在与第一方向交叉的第二方向上延伸，多个栅电极沿着沟道层的侧壁在第一方向上彼此间隔开；以及在沟道层和多个栅电极之间的栅极绝缘层。多个栅电极中的每个可以包括金属掺杂的石墨烯。

35、在一些实施方式中，栅极绝缘层可包括与沟道层和多个栅电极间隔开的电荷俘获层。

36、在一些实施方式中，栅极绝缘层可包括在沟道层和电荷俘获层之间的隧穿电介质层。

37、在一些实施方式中，栅极绝缘层可包括在电荷俘获层和多个栅电极之间的六方氮化硼(h-bn)层。

38、在一些实施方式中，栅极绝缘层可包括在电荷俘获层和多个栅电极之间的扩散屏障层，栅极绝缘层可包括在电荷俘获层和扩散屏障层之间的电荷阻挡层。