[发明专利]一种用于铁电存储器的铁电薄膜电容及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体集成电路制造工艺技术领域，更具体地，涉及一种用于铁电存储器的铁电薄膜电容及其制造方法。

背景技术

半导体存储器是集成电路产业建设的重要组成部分，是信息技术产业发展的基础，也是市场占有率最大的消费型电子产品的核心器件。

目前，应用最广泛的非挥发性存储器是闪存(Flash)，但其操作电压、读写时间、抗疲劳特性以及存储密度等已经接近其物理极限。因此，急需开发一种性能更为优越的新型非挥发性存储器。

铁电存储器(FeRAM)具有高读写速度、高存储密度、低功耗、长寿命、高抗辐射和结构简单等优势，被认为是下一代最具前景的新型存储器之一。

请参阅图1，图1是现有的一种铁电薄膜电容的结构示意图。如图1所示，传统的铁电存储器主要采用由上电极103、铁电薄膜102和下电极101组成的铁电薄膜电容结构，作为铁电存储器的存储单元。

然而，上述传统的铁电存储器存在以下主要技术问题：

1)操作电压较高，一般为2～4V，而其他存储器通常为1.5V。较高的操作电压会限制铁电存储器在移动和低功耗领域的应用。

2)由于铁电薄膜材料介电常数较大，有些可以高达10³～10⁴，高介电常数会导致铁电材料的散热性能变差，在制备高密度的铁电存储器时，存在器件的散热性问题。

因此，本领域技术人员亟需提供一种用于铁电存储器的铁电薄膜电容及其制造方法，以改善现有铁电存储器操作电压过高和器件散热性差的问题，提高器件的性能和稳定性。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的上述缺陷，提供一种用于铁电存储器的铁电薄膜电容及其制造方法，以改善现有铁电存储器的操作电压较高和散热性差的问题，提高器件的性能和稳定性。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种用于铁电存储器的铁电薄膜电容，自下而上包括：下电极层、铁电薄膜层和上电极层；其中，铁电薄膜层与上、下电极层至少其中之一的之间叠设有缓冲层和散热层。

优选地，所述缓冲层材料的相对介电常数不高于铁电薄膜层材料的相对介电常数。

优选地，所述缓冲层材料为SiO₂、SiON、Si₃N₄、Al₂O₃、Ta₂O₅、HfO₂、ZrO₂、k值小于2.5的超低介电常数材料、六方氮化硼中的一种或多种。

优选地，所述散热层材料为石墨烯。

优选地，所述上、下电极层材料为Pt、Au、W、Al、Cu、Ir、Ti、TiN、TaN、AlCu中的一种或几种。

优选地，所述铁电薄膜层材料为BaTiO₃、BaSrTiO₃、PbTiZrO₃、BiFeO₃、Bi₄Ti₃O₁₂、BiSr₂Ta₂O₉、LiNbO₃、HfO₂中的一种或几种，或者为掺杂有La、Ce、Nd、Dy、Ho、Yb、Mn、Cr、Si、Al、Gd中的一种或几种元素的铁电薄膜材料。

一种用于铁电存储器的铁电薄膜电容的制造方法，用于制造上述的任意一种用于铁电存储器的铁电薄膜电容，包括：生长下电极层；生长铁电薄膜层；生长上电极层；还包括：在铁电薄膜层与上、下电极层至少其中之一的之间生长缓冲层和散热层。

优选地，所述缓冲层通过热氧化、脉冲激光淀积、分子束外延、磁控溅射、原子层沉积或化学气相沉积方法生长形成。

优选地，所述散热层通过机械剥离、低温化学气相沉积、原子气相沉积、SiC热分解或氧化还原方法生长形成。

优选地，所述散热层厚度为0.5-5nm。