[發明專利]一種用于鐵電存儲器的鐵電薄膜電容及其制造方法

在審

• 申請號: 201611184316.6
• 申請日: 2016-12-20
• 公開（公告）號: CN106783174A
• 公開（公告）日: 2017-05-31
• 發明（設計）人: 鐘旻
• 申請（專利權）人: 上海集成電路研發中心有限公司
• 主分類號: H01G7/06
• 分類號: H01G7/06
• 代理公司: 上海天辰知識產權代理事務所(特殊普通合伙)31275
• 代理人: 吳世華,張磊

技術領域

本發明涉及半導體集成電路制造工藝技術領域，更具體地，涉及一種用于鐵電存儲器的鐵電薄膜電容及其制造方法。

背景技術

半導體存儲器是集成電路產業建設的重要組成部分，是信息技術產業發展的基礎，也是市場占有率最大的消費型電子產品的核心器件。

目前，應用最廣泛的非揮發性存儲器是閃存(Flash)，但其操作電壓、讀寫時間、抗疲勞特性以及存儲密度等已經接近其物理極限。因此，急需開發一種性能更為優越的新型非揮發性存儲器。

鐵電存儲器(FeRAM)具有高讀寫速度、高存儲密度、低功耗、長壽命、高抗輻射和結構簡單等優勢，被認為是下一代最具前景的新型存儲器之一。

請參閱圖1，圖1是現有的一種鐵電薄膜電容的結構示意圖。如圖1所示，傳統的鐵電存儲器主要采用由上電極103、鐵電薄膜102和下電極101組成的鐵電薄膜電容結構，作為鐵電存儲器的存儲單元。

然而，上述傳統的鐵電存儲器存在以下主要技術問題：

1)操作電壓較高，一般為2～4V，而其他存儲器通常為1.5V。較高的操作電壓會限制鐵電存儲器在移動和低功耗領域的應用。

2)由于鐵電薄膜材料介電常數較大，有些可以高達10³～10⁴，高介電常數會導致鐵電材料的散熱性能變差，在制備高密度的鐵電存儲器時，存在器件的散熱性問題。

因此，本領域技術人員亟需提供一種用于鐵電存儲器的鐵電薄膜電容及其制造方法，以改善現有鐵電存儲器操作電壓過高和器件散熱性差的問題，提高器件的性能和穩定性。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術存在的上述缺陷，提供一種用于鐵電存儲器的鐵電薄膜電容及其制造方法，以改善現有鐵電存儲器的操作電壓較高和散熱性差的問題，提高器件的性能和穩定性。

為實現上述目的，本發明的技術方案如下：

一種用于鐵電存儲器的鐵電薄膜電容，自下而上包括：下電極層、鐵電薄膜層和上電極層；其中，鐵電薄膜層與上、下電極層至少其中之一的之間疊設有緩沖層和散熱層。

優選地，所述緩沖層材料的相對介電常數不高于鐵電薄膜層材料的相對介電常數。

優選地，所述緩沖層材料為SiO₂、SiON、Si₃N₄、Al₂O₃、Ta₂O₅、HfO₂、ZrO₂、k值小于2.5的超低介電常數材料、六方氮化硼中的一種或多種。

優選地，所述散熱層材料為石墨烯。

優選地，所述上、下電極層材料為Pt、Au、W、Al、Cu、Ir、Ti、TiN、TaN、AlCu中的一種或幾種。

優選地，所述鐵電薄膜層材料為BaTiO₃、BaSrTiO₃、PbTiZrO₃、BiFeO₃、Bi₄Ti₃O₁₂、BiSr₂Ta₂O₉、LiNbO₃、HfO₂中的一種或幾種，或者為摻雜有La、Ce、Nd、Dy、Ho、Yb、Mn、Cr、Si、Al、Gd中的一種或幾種元素的鐵電薄膜材料。

一種用于鐵電存儲器的鐵電薄膜電容的制造方法，用于制造上述的任意一種用于鐵電存儲器的鐵電薄膜電容，包括：生長下電極層；生長鐵電薄膜層；生長上電極層；還包括：在鐵電薄膜層與上、下電極層至少其中之一的之間生長緩沖層和散熱層。

優選地，所述緩沖層通過熱氧化、脈沖激光淀積、分子束外延、磁控濺射、原子層沉積或化學氣相沉積方法生長形成。

優選地，所述散熱層通過機械剝離、低溫化學氣相沉積、原子氣相沉積、SiC熱分解或氧化還原方法生長形成。

優選地，所述散熱層厚度為0.5-5nm。