[發明專利]鐵電隨機存取存儲器(FeRAM)器件及其形成方法

在審

• 申請號: 202110256000.8
• 申請日: 2021-03-09
• 公開（公告）號: CN113675202A
• 公開（公告）日: 2021-11-19
• 發明（設計）人: 李璧伸;衛怡揚;林杏蓮;匡訓沖;蔡正原;金海光
• 申請（專利權）人: 臺灣積體電路制造股份有限公司
• 主分類號: H01L27/11507
• 分類號: H01L27/11507
• 代理公司: 北京德恒律治知識產權代理有限公司 11409
• 代理人: 章社杲;李偉

方法包括形成底部電極層，以及在底部電極層上方沉積第一鐵電層。第一鐵電層是非晶的。在第一鐵電層上方沉積第二鐵電層，并且第二鐵電層具有多晶結構。該方法還包括在第二鐵電層上方沉積第三鐵電層，其中，第三鐵電層是非晶的，在第三鐵電層上方沉積頂部電極層，以及圖案化頂部電極層、第三鐵電層、第二鐵電層、第一鐵電層和底部電極層，以形成鐵電隨機存取存儲器單元。本申請的實施例還涉及鐵電隨機存取存儲器(FeRAM)器件及其形成方法。

技術領域

本申請的實施例涉及鐵電隨機存取存儲器(FeRAM)器件及其形成方法。

背景技術

鐵電隨機存取存儲器(FeRAM)是采用鐵電層來存儲狀態(“0”或“1”)的存儲器件。二進制“0”和“1”以兩種可能的電極化中的一種存儲在每個數據存儲單元中。

FeRAM的寫入操作是通過對橫跨鐵電層施加電場對鐵電層任一側的電極進行充電，迫使鐵電層內部的原子向“上”或“下”定向(取決于電荷的極性)，從而存儲“1”或“0”來完成。

在FeRAM單元的讀取操作中，該FeRAM單元被迫使進入選擇狀態，例如“0”。如果該單元已經保持“0”，則沒有脈沖產生。如果該FeRAM 保持“1”，則鐵電層中的原子的重新定向將引起短暫的電流脈沖。該脈沖的存在意味著該單元保持為“1”。由于這個工藝將覆寫該單元，因此讀取 FeRAM是破壞性工藝，需要對該單元進行重新寫入。

發明內容

本申請的一些實施例提供了一種形成鐵電隨機存取存儲器器件的方法，包括：形成底部電極層；在所述底部電極層上方沉積第一鐵電層，其中，第一鐵電層是非晶的；在所述第一鐵電層上方沉積第二鐵電層，其中，所述第二鐵電層具有多晶結構；在所述第二鐵電層上方沉積第三鐵電層，其中，所述第三鐵電層是非晶的；在所述第三鐵電層上方沉積頂部電極層；以及圖案化所述頂部電極層、所述第三鐵電層、所述第二鐵電層、所述第一鐵電層和所述底部電極層，以形成鐵電隨機存取存儲器(FeRAM)單元。

本申請的另一些實施例提供了一種鐵電隨機存取存儲器器件，包括：鐵電隨機存取存儲器(FeRAM)單元，包括：底部電極；層疊鐵電層，所述層疊鐵電層包括：第一非晶鐵電層，位于所述底部電極上方；第一多晶鐵電層，位于所述第一非晶鐵電層上方；第二非晶鐵電層，位于所述第一多晶鐵電層上方；和第二多晶鐵電層，位于所述第二非晶鐵電層上方；以及頂部電極，位于所述第二多晶鐵電層上方。

本申請的又一些實施例提供了一種鐵電隨機存取存儲器器件，包括：底部電極；第一多個鐵電層，位于所述底部電極上方，其中，所述第一多個鐵電層由具有第一結晶溫度的第一材料形成；第二多個鐵電層，位于所述底部電極上方，其中，所述第一多個鐵電層和所述第二多個鐵電層交替堆疊，并且其中，所述第二多個鐵電層由具有第二結晶溫度的第二材料形成；并且所述第二結晶溫度低于所述第一結晶溫度；以及頂部電極，位于所述第一多個鐵電層和所述第二多個鐵電層上方。

附圖說明

當結合附圖進行閱讀時，從以下詳細描述可最佳理解本發明的各個方面。應該指出，根據工業中的標準實踐，各個部件未按比例繪制。實際上，為了清楚的討論，各個部件的尺寸可以任意地增大或減小。

圖1至圖6示出了根據一些實施例的包括層疊鐵電層的鐵電隨機存取存儲器(FeRAM)的形成中的中間階段的截面圖。

圖7A、圖7B、圖8A、圖8B、圖9A、圖9B、圖10A和圖10B示出了根據一些實施例的包括兩個交替層的層疊鐵電層的形成中的中間階段的截面圖。

圖11示出了根據一些實施例的低結晶溫度材料的核。

圖12示出了根據一些實施例的包括三個交替層的層疊鐵電層。

圖13示出了根據一些實施例的作為原子層沉積(ALD)循環數量的函數的鐵電層的O-相強度。

圖14和圖15分別示出了根據一些實施例的均質鐵電層和層疊鐵電層的電容-電壓(CV)曲線對比。