[發(fā)明專利]一種存儲器件的結(jié)構(gòu)及其制造方法

有效

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• 申請日: 2020-03-25
• 公開（公告）號: CN111403417B
• 公開（公告）日: 2023-06-16
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 呂震宇
• 申請（專利權(quán)）人: 無錫舜銘存儲科技有限公司
• 主分類號: H10B51/30
• 分類號: H10B51/30;H01L29/78;H01L21/336
• 代理公司: 上海智晟知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 31313
• 代理人: 張東梅

本發(fā)明公開了一種存儲器件的結(jié)構(gòu)及其制造方法。存儲器件的制造方法包括：在襯底上形成第一電極層；通過原位沉積真空系統(tǒng)，在第一電極層上依次形成第一應(yīng)力調(diào)節(jié)層、鐵電材料層和第二應(yīng)力調(diào)節(jié)層，包括：在第一沉積腔進(jìn)行第一應(yīng)力調(diào)節(jié)層的沉積，通過傳送模塊在真空狀態(tài)下將所述襯底從第一沉積腔傳送到第二沉積腔，在第二沉積腔進(jìn)行鐵電材料層的沉積，通過傳送模塊在真空狀態(tài)下將所述襯底從第二沉積腔傳送到第一沉積腔，以及在第一沉積腔進(jìn)行第二應(yīng)力調(diào)節(jié)層的沉積；在第二應(yīng)力調(diào)節(jié)層上形成第二電極層。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及存儲器的制造領(lǐng)域。具體而言，本發(fā)明涉及一種存儲器件的結(jié)構(gòu)及其制造方法。

背景技術(shù)

鐵電存儲器是一種特殊工藝的非易失性的存儲器。當(dāng)電場被施加到鐵晶體管時，中心原子順著電場停在第一低能量狀態(tài)位置，而當(dāng)電場反轉(zhuǎn)被施加到同一鐵晶體管時，中心原子順著電場的方向在晶體里移動并停在第二低能量狀態(tài)。大量中心原子在晶體單胞中移動耦合形成鐵電疇，鐵電疇在電場作用下形成極化電荷。鐵電疇在電場下反轉(zhuǎn)所形成的極化電荷較高，鐵電疇在電場下無反轉(zhuǎn)所形成的極化電荷較低，這種鐵電材料的二元穩(wěn)定狀態(tài)使得鐵電可以作為存儲器。

當(dāng)移去電場后，中心原子處于低能量狀態(tài)保持不動，存儲器的狀態(tài)也得以保存不會消失，因此可利用鐵電疇在電場下反轉(zhuǎn)形成高極化電荷，或無反轉(zhuǎn)形成低極化電荷來判別存儲單元是在“1”或“0”狀態(tài)。鐵電疇的反轉(zhuǎn)不需要高電場，僅用一般的工作電壓就可以改變存儲單元是在“1”或“0”的狀態(tài)；也不需要電荷泵來產(chǎn)生高電壓數(shù)據(jù)擦除，因而沒有擦寫延遲的現(xiàn)象。這種特性使鐵電存儲器在掉電后仍能夠繼續(xù)保存數(shù)據(jù)，寫入速度快且具有無限次寫入壽命，不容易寫壞。并且，與現(xiàn)有的非易失性內(nèi)存技術(shù)比較，鐵電存儲器具有更高的寫入速度和更長的讀寫壽命。

鐵電性是鐵電存儲器的一個關(guān)鍵因素。具有較好結(jié)晶度、較低缺陷的薄膜和材料將顯著改進(jìn)鐵電存儲器的鐵電性，從而獲得更好的器件性能。

圖1示出現(xiàn)有技術(shù)的鐵電存儲器的結(jié)構(gòu)的截面示意圖。如圖1所示，鐵電存儲器100包括第一電極層110、鐵電材料層120和第二電極層130。鐵電材料層120夾在第一電極層110和第二電極層130之間。第一電極層110和第二電極層130可以是采用物理氣相沉積形成的氮化鈦薄膜。鐵電材料層120可以是采用物理氣相沉積形成的鐵電氧化物。

現(xiàn)有技術(shù)中采用物理氣相沉積氮化鈦薄膜/鐵電材料層/物理氣相沉積氮化鈦薄膜這樣的復(fù)合結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)有可能會造成鐵電材料層的上下界面受到等離子體轟擊從而產(chǎn)生損傷和缺陷，并且氮化鈦和鐵電氧化物層之間需要切換工藝設(shè)備，會有表面破真空氧化的問題，也會產(chǎn)生界面缺陷，對鐵電存儲器的可靠性不利。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種存儲器件的制造方法，包括：

在襯底上形成第一電極層；

通過原位沉積真空系統(tǒng)，在第一電極層上依次形成第一應(yīng)力調(diào)節(jié)層、鐵電材料層和第二應(yīng)力調(diào)節(jié)層，包括：在第一沉積腔進(jìn)行第一應(yīng)力調(diào)節(jié)層的沉積，通過傳送模塊在真空狀態(tài)下將所述襯底從第一沉積腔傳送到第二沉積腔，在第二沉積腔進(jìn)行鐵電材料層的沉積，通過傳送模塊在真空狀態(tài)下將所述襯底從第二沉積腔傳送到第一沉積腔，以及在第一沉積腔進(jìn)行第二應(yīng)力調(diào)節(jié)層的沉積；

在第二應(yīng)力調(diào)節(jié)層上形成第二電極層。

在本發(fā)明的一個實(shí)施例中，進(jìn)行第一應(yīng)力調(diào)節(jié)層的沉積之前還包括：

在原位沉積真空系統(tǒng)的刻蝕腔內(nèi)對所述襯底進(jìn)行刻蝕；以及

通過傳送模塊在真空狀態(tài)下將所述襯底從刻蝕腔傳送到第一沉積腔。

在本發(fā)明的一個實(shí)施例中，第一應(yīng)力調(diào)節(jié)層和第二應(yīng)力調(diào)節(jié)層通過原子層沉積工藝形成。

在本發(fā)明的一個實(shí)施例中，通過調(diào)節(jié)原子層沉積工藝的溫度、氣體流量、壓強(qiáng)和/或等離子功率來調(diào)節(jié)第一應(yīng)力調(diào)節(jié)層和第二應(yīng)力調(diào)節(jié)層內(nèi)的應(yīng)力。