[發明專利]一種鐵電存儲器及其制造方法

在審

• 申請號: 202110684214.5
• 申請日: 2021-06-21
• 公開（公告）號: CN113421882A
• 公開（公告）日: 2021-09-21
• 發明（設計）人: 陶謙
• 申請（專利權）人: 無錫拍字節科技有限公司
• 主分類號: H01L27/11507
• 分類號: H01L27/11507;H01L27/11512;H01L23/48;H01L21/768
• 代理公司: 上海智晟知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 31313
• 代理人: 張瑞瑩;張東梅

本發明公開一種鐵電存儲器結構，包括襯底、鐵電電容及保護層，其中襯底包括源區、漏區、柵極區以及器件間隔離區；鐵電電容，通過第一互連結構連接至襯底的源區和/或漏區，以及第二互連結構連接至板線，且包括鐵電材料層以及分別設置于鐵電材料層的上下表面的電極層；以及保護層包括設置于鐵電電容下表面的第一保護層以及包覆鐵電電容上表面及側面的第二保護層。

技術領域

本發明涉及存儲器技術領域，特別涉及一種鐵電存儲器及其制造方法。

背景技術

鐵電存儲器是一種特殊工藝的非易失性的存儲器。當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位置，而當電場反轉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。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所形成的極化電荷較高，鐵電疇在電場下無反轉所形成的極化電荷較低，這種鐵電材料的二元穩定狀態使得鐵電可以作為存儲器。

當移去電場后，中心原子處于低能量狀態保持不動，存儲器的狀態也得以保存不會消失，因此可利用鐵電疇在電場下反轉形成高極化電荷，或無反轉形成低極化電荷來判別存儲單元是在“1”或“0”狀態。鐵電疇的反轉不需要高電場，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；也不需要電荷泵來產生高電壓數據擦除，因而沒有擦寫延遲的現象。這種特性使鐵電存儲器在掉電后仍能夠繼續保存數據，寫入速度快且具有無限次寫入壽命，不容易寫壞。并且，與現有的非易失性內存技術比較，鐵電存儲器具有更高的寫入速度和更長的讀寫壽命。

然而，鐵電存儲器也存在失效問題，而引起失效的一個重要原因就是極化方向的鎖定，即印記(imprint)。印記是指電滯回線沿電壓坐標軸的偏移，電滯回線的偏移是引起剩余極化的下降，一旦極化下降到計劃反轉時產生的電流小于讀寫電路的識別精度時，將會導致讀寫出錯，此外，偏移還會使得一個方向的矯頑電壓過大，從而使得正常的外加反轉電場不能讓極化翻轉到相反的方向，造成存儲單元寫入困難。

引起印記的原因很多，其中，已有研究表明，在鐵電存儲器的制造過程中，后道工藝(back end of line，BEOL)中的金屬化工藝所引起的H+攻擊會進一步惡化印記效應。

發明內容

針對現有技術中的部分或全部問題，本發明一方面提供一種鐵電存儲器，包括：

襯底，包括源區、漏區、柵極區、器件間隔離區以及各個功能區上方的電極及互連金屬線；

鐵電電容，通過第一互連結構連接至所述襯底的源區和/或漏區，以及第二互連結構連接至板線，且包括：

鐵電材料層；以及

電極層，分別設置于所述鐵電材料層的上下表面；以及保護層，包括：

第一保護層，其設置于所述鐵電電容的下表面，但不覆蓋所述互連結構；以及

第二保護層，其設置于所述鐵電電容的側面及上表面。

進一步地，所述第一互連結構包括第一導電柱及第一導電柱之間的第一介質層，所述第一導電柱的一端連接至所述襯底，另一端與所述鐵電電容連接。

進一步地，所述第一互連結構還包括第二導電柱，其設置于所述第一介質層表面，且所述第二導電柱的截面積大于所述第一導電柱，所述第二導電柱的一端連接至所述第一導電柱，另一端與所述鐵電電容連接。

進一步地，所述第一互連結構包括多層結構，且所述多層結構的每層的導電柱與前一層的導電柱電連接。

進一步地，所述第一導電柱和/或第二導電柱的材料為鎢或鎢合金。

進一步地，所述第二互連結構包括第三導電柱及第三導電柱之間的第二介質層，所述第三導電柱的一端連接至板線，另一端與所述鐵電電容連接。