本发明属于存储器，具体涉及一种基于3d堆叠的超高密度非易失性存储器及其制备方法。
背景技术：
1、随着数字化和信息化时代的深入发展，对数据存储的需求呈现出爆炸式的增长。现有的主流非易失性存储技术，包括nand和nor型闪存、铁电随机存取存储器(feram)和磁阻随机存取存储器(mram)等，在市场上占据主导地位。nand型闪存以其高存储密度和较低成本而广泛应用，但其主要局限性包括有限的写入耐久性和较慢的写入速度。与此同时，feram依托其铁电材料的极化性质实现数据存储，展现出快速的读写速度和低功耗的特点，适用于快速读写和数据保持的场景，尽管其面临存储密度和成本方面的挑战。mram技术虽然具备高速度和非易失性的优势，但其制造成本和磁场干扰问题限制了其商业化规模。另一方面，gan基电子器件因其宽带隙、高电子迁移率和良好的热稳定性受到关注，主要应用于高频、高功率电子及光电子器件，但其在非易失性存储领域的应用仍较为有限，且面临成本和工艺复杂度的挑战。
2、针对以上现有技术的限制，特别是在物联网(iot)、大数据和人工智能(ai)技术推动下对存储设备要求不断提升的背景下，迫切需要开发新型存储技术以突破现有技术的局限。
3、一、铁电随机存取存储器(feram)：
4、应用现状：铁电场效应晶体管(fefet)基于铁电材料和半导体技术，通过改变铁电材料的极化状态来控制通道的导电性，实现信息的存储。fefet展示了较高的操作速度和低能耗的潜力，但目前仍面临着稳定性和一致性问题，限制了其在超高密度存储应用中的发展。feram利用铁电材料作为存储介质，通过材料的极化状态表示数据位。feram因其低功耗和快速读写特性被用于各种低功耗或快速存取需求的应用中，如嵌入式系统和移动设备等。
5、缺陷：尽管feram提供了非易失性存储和低能耗的优势，但其存储密度相比nand闪存等其他存储技术较低，而且在高密度存储方面的扩展性有限。此外，feram的生产成本相对较高，限制了其在高容量存储市场的竞争力。同时fefet和类似技术的主要缺陷还在于铁电材料在纳米尺度上的稳定性和可重复性问题，这直接影响存储器件的可靠性和性能。除此之外，现有技术在进一步提高存储密度方面遇到了物理和技术的限制，尤其是在保持低能耗和高速度的同时。
6、二、finfet技术的半导体存储设备：
7、应用现状：finfet技术通过3d晶体管结构提高了晶体管的电气性能，降低了功耗，并被广泛应用于高性能计算芯片和存储器件中。finfet技术的应用提高了芯片的集成度和性能。
8、缺陷：尽管finfet技术在提高晶体管性能和降低功耗方面表现出色，但作为存储器件时，其依然面临着非易失性存储解决方案(如dram、sram)在数据保持、能耗和存储密度方面的挑战。特别是在实现低功耗和高密度存储方面，传统finfet存储器件仍有改进空间。
技术实现思路
1、本发明的目的是提供一种基于3d堆叠的超高密度非易失性存储器及其制备方法，用以解决现有的finfet技术的半导体在作为存储设备时，其低功耗性能和高密度存储性能还有待提高的问题。
2、为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
3、第一方面，本发明提供了一种基于3d堆叠的超高密度非易失性存储器，所述存储器包括：衬底，所述衬底上设有绝缘层，所述绝缘层上设有多存储单元，所述多存储单元包括多个呈水平并列分布的存储模块，每个存储模块由若干层的存储层堆叠形成，每个存储模块的所有存储层上覆盖有鳍形栅，每层存储层包括：gan沟道层和设置在gan沟道层上的铁电介质层。
4、优选地，每层存储层上和衬底上均设有硅通孔，各存储层之间或存储层与衬底之间通过硅通孔电连接。
5、优选地，所述鳍形栅的材料为ta、tan或hf。
6、优选地，所述铁电介质层的材料为hzo、pzt、aln或algan，所述铁电介质层的厚度为10nm～15nm。
7、优选地，所述鳍形栅的底部设有介质层，所述介质层的材料为al2o3、sio2或mgo，所述介质层的厚度为20nm～30nm
8、优选地，所述gan沟道层的厚度为20nm～60nm。
9、优选地，所述衬底与绝缘层之间设有成核层，所述成核层的材料为ain，所述成核层的厚度为200nm～500nm。
10、优选地，所述多存储单元的所有存储模块的两端分别一体成型，以形成两个公共端，两个公共端的表面上分别设有源极层和漏极层，所述源极层和漏极层的材料均为cu或ag。
11、优选地，所述绝缘层的厚度为1.5μm～4μm。
12、第二方面，本发明提供了一种制备基于3d堆叠的超高密度非易失性存储器的方法，所述方法包括：
13、对衬底进行预处理，所述预处理包括：rca清洗处理和hf去氧化层处理；
14、在mocvd反应室中，使用nh3和tmga作为前驱体，在第一预设温度下，在预处理后衬底上生长gan沟道层；
15、采用深紫外光刻工艺，定义各存储模块的布局，利用cl2与bcl3混合气体，进行蚀刻，形成准确的各存储模块的gan沟道层的结构；
16、利用原子层沉积工艺，在第二预设温度下，在每个存储模块的gan沟道层的结构上沉积hzo铁电薄膜，使用hfcl4和zrcl4作为金属源，水作为氧源，控制反应循环次数以达到预设厚度，得到铁电介质层；
17、采用深紫外光刻工艺，定义存储单元的源极区域和漏极区域，物理气相沉积法，在源极区域和漏极区域沉积金属层，再利用湿法或干法蚀刻工艺形成源极和漏极；
18、利用原子层沉积工艺或化学气相沉积工艺在铁电介质层上沉积控制门材料，通过光刻和蚀刻工艺定义控制门的形状和尺寸，得到鳍形栅；
19、采用深反应离子蚀刻工艺，在硅基底形成通孔，采用物理气相沉积工艺在通孔内填充铜，以形成硅通孔；利用微焊接或导电胶对各存储层之间或存储层与衬底之间进行电气连接。
20、有益效果：
21、1、本发明的存储器采用铁电介质层作为存储介质，gan沟道层作为电荷传输通道，结合3d堆叠技术，旨在显著提升存储密度，降低功耗，并保证数据存储的高稳定性和可靠性。
22、2、本发明能够实现超高存储密度、低功耗以及高速稳定的数据存取性能。相较于传统非易失性存储技术，本发明的存储器能够在没有持续电源供应的情况下保持数据，具有更低的读写功耗，以及更高的速度和耐用性。
1.一种基于3d堆叠的超高密度非易失性存储器，其特征在于，所述存储器包括：衬底(1)，所述衬底(1)上设有绝缘层(3)，所述绝缘层(3)上设有多存储单元，所述多存储单元包括多个呈水平并列分布的存储模块，每个存储模块由若干层的存储层堆叠形成，每个存储模块的所有存储层上覆盖有鳍形栅(7)，每层存储层包括：gan沟道层(4)和设置在gan沟道层(4)上的铁电介质层(5)。
2.根据权利要求1所述的基于3d堆叠的超高密度非易失性存储器，其特征在于，每层存储层上和衬底(1)上均设有硅通孔(9)，各存储层之间或存储层与衬底(1)之间通过硅通孔(9)电连接。
3.根据权利要求1所述的基于3d堆叠的超高密度非易失性存储器，其特征在于，所述鳍形栅(7)的材料为ta、tan或hf。
4.根据权利要求1所述的基于3d堆叠的超高密度非易失性存储器，其特征在于，所述铁电介质层(5)的材料为hzo、pzt、aln或algan，所述铁电介质层(5)的厚度为10nm～15nm。
5.根据权利要求1所述的基于3d堆叠的超高密度非易失性存储器，其特征在于，所述鳍形栅(7)的底部设有介质层(8)，所述介质层(8)的材料为al2o3、sio2或mgo，所述介质层(8)的厚度为20nm～30nm。
6.根据权利要求1所述的基于3d堆叠的超高密度非易失性存储器，其特征在于，所述gan沟道层(4)的厚度为20nm～60nm。
7.根据权利要求1所述的基于3d堆叠的超高密度非易失性存储器，其特征在于，所述衬底(1)与绝缘层(3)之间设有成核层(2)，所述成核层(2)的材料为ain，所述成核层(2)的厚度为200nm～500nm。
8.根据权利要求1所述的基于3d堆叠的超高密度非易失性存储器，其特征在于，所述多存储单元的所有存储模块的两端分别一体成型，以形成两个公共端，两个公共端的表面上分别设有源极层(10)和漏极层(6)，所述源极层(10)和漏极层(6)的材料均为cu或ag。
9.根据权利要求8所述的基于3d堆叠的超高密度非易失性存储器，其特征在于，所述绝缘层(3)的厚度为1.5μm～4μm。
10.一种制备如权利要求1-9中任一项所述的基于3d堆叠的超高密度非易失性存储器的方法，其特征在于，所述方法包括：
