[發(fā)明專利]一種三維鐵電存儲器及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010624170.2
• 申請日: 2020-06-30
• 公開（公告）號: CN111799278B
• 公開（公告）日: 2021-05-07
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 曾斌建;周益春;廖敏
• 申請（專利權(quán)）人: 湘潭大學(xué)
• 主分類號: H01L27/1159
• 分類號: H01L27/1159;H01L27/11592;H01L27/11597;H01L29/78;H01L21/336
• 代理公司: 北京中政聯(lián)科專利代理事務(wù)所(普通合伙) 11489
• 代理人: 鄭久興

一種三維鐵電存儲器及其制備方法，包括：基底(1)和設(shè)置在基底(1)上的導(dǎo)電層(2)；導(dǎo)電層(2)上設(shè)置的層疊結(jié)構(gòu)包括多層水平且相互交疊排布的隔離層(3)和控制柵電極(4)；多個溝槽孔(11)豎直貫穿層疊結(jié)構(gòu)，且溝槽孔(11)的槽底嵌入導(dǎo)電層(2)中；溝槽孔(11)的側(cè)壁和槽底依次鋪設(shè)有第一介質(zhì)層(6)、鐵電薄膜層(7)、第二介質(zhì)層(8)、溝道層(9)和填充層(10)，以形成多個溝槽型存儲單元串(5)。溝槽型存儲單元串(5)的兩邊均可以形成存儲單元，能獲得更為緊湊的布線，有利于實(shí)現(xiàn)更高密度集成；且溝槽型存儲器，制備時依次沉積所需材料即可，無需刻蝕，不會影響已沉積材料的質(zhì)量，可以保證存儲器的可靠性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及存儲器技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種三維鐵電存儲器及其制備方法。

背景技術(shù)

晶體管型鐵電存儲器——鐵電場效應(yīng)晶體管(FeFET)是用鐵電薄膜材料替代場效應(yīng)晶體管(MOSFET)中的柵介質(zhì)層，通過改變鐵電薄膜材料的極化方向來控制溝道電流的導(dǎo)通和截止，從而實(shí)現(xiàn)信息的存儲。FeFET存儲器具有非易失性、低功耗、讀寫速度快等優(yōu)點(diǎn)，且單元結(jié)構(gòu)簡單，理論存儲密度大。因而，F(xiàn)eFET存儲器被認(rèn)為是最有潛力的新型存儲器之一。

但是，長期以來FeFET存儲器的實(shí)際存儲密度與理論值有較大差異，這也限制了FeFET存儲器的發(fā)展。三維集成技術(shù)是實(shí)現(xiàn)高密度FeFET存儲器的重要途徑。但能夠同時保證高密度集成、低成本制作和高可靠性的三維集成技術(shù)還有待突破。

發(fā)明內(nèi)容

(一)發(fā)明目的

本發(fā)明的目的是提供一種三維鐵電存儲器及其制備方法，以進(jìn)一步提高鐵電存儲器的存儲密度和可靠性，降低生產(chǎn)成本。

(二)技術(shù)方案

為解決上述問題，根據(jù)本發(fā)明的一個方面,本發(fā)明提供了一種三維鐵電存儲器，包括：基底；以及設(shè)置在基底上的導(dǎo)電層；導(dǎo)電層上設(shè)置有層疊結(jié)構(gòu)，層疊結(jié)構(gòu)包括多層水平排布的隔離層和多層控制柵電極，且相鄰兩個隔離層之間都設(shè)有控制柵電極；多個溝槽孔豎直貫穿層疊結(jié)構(gòu)，且溝槽孔的槽底嵌入導(dǎo)電層中；溝槽孔的側(cè)壁和槽底依次鋪設(shè)有第一介質(zhì)層、鐵電薄膜層、第二介質(zhì)層、溝道層和填充層，以形成多個溝槽型存儲單元串，控制柵電極與第一介質(zhì)層、鐵電薄膜層、第二介質(zhì)層和溝道層共同組成多個相互串聯(lián)的鐵電場效應(yīng)晶體管。

進(jìn)一步的，第一介質(zhì)層、鐵電薄膜層、第二介質(zhì)層和溝道層的長度小于或等于側(cè)壁和槽底的長度。

進(jìn)一步的，所述基底為半導(dǎo)體襯底，包括：硅(Si)、鍺(Ge)、硅鍺(SiGe)、砷化鎵(GaAs)；導(dǎo)電層為金屬電極或者重?fù)诫s的半導(dǎo)體材料。

進(jìn)一步的，鐵電薄膜層為氧化鉿(HfO₂)、氧化鋯(ZrO₂)、摻雜其他元素的氧化鋯(ZrO₂)或摻雜其他元素的氧化鉿(HfO₂)；摻雜元素包括硅(Si)、鋁(Al)、鋯(Zr)、鑭(La)、鈰(Ce)、鍶(Sr)、镥(Lu)、釓(Gd)、鈧(Sc)、釹(Nd)、鍺(Ge)、氮(N)中的一種或多種。

進(jìn)一步的，第一介質(zhì)層和第二介質(zhì)層均為氧化硅(SiO₂)、氮化硅(Si₃N₄)、氮氧化硅(SiON)、氧化鋁(Al₂O₃)、氧化鉿(HfO₂)、氧化鋯(ZrO₂)、氧化鈦(TiO₂)、氧化鑭(La₂O₃)、氮氧硅鉿(HfSiON)、氧化鍺(GeO₂)中的一種或多種。

進(jìn)一步的，溝道層為多晶硅(Si)、多晶鍺(Ge)或多晶硅鍺(SiGe)；或摻雜元素的多晶硅(Si)、多晶鍺(Ge)或多晶硅鍺(SiGe)；摻雜元素為硼(B)、磷(P)和砷(As)中的一種或多種。