[发明专利]一种非挥发铁电存储器三维存储的结构

说明书

本发明公开了一种非挥发铁电存储器三维存储的结构，包括基底层、设置在基底层上的多层铁电薄膜存储层晶圆和设置在多层铁电薄膜存储层晶圆上的金属互连层，各层铁电薄膜存储层晶圆通过通孔电极上下相连，其中，铁电薄膜存储层晶圆上排列高密度铁电存储单元，所述基底层可控制各层铁电存储单元；克服目前存储器容量提升常规方法通过存储单元做得更小，且需要全面更新半导体制造设备，导致整体集成电路生产建设成本高昂的问题。在不改变集成电路生产线的半导体工艺节点，而只是在存储器件结构上作改变，即实现成倍的数据信息容量提升、结构简单，方便实用，可广泛应用于下一代高密度非挥发铁电存储器芯片。

技术领域

本发明涉及微电子存储器技术领域，尤其涉及一种非挥发铁电存储器三维存储的结构。

背景技术

铁电存储器利用铁电材料电畴保持正反极化方向状态保存非挥发性的存储信息(“1”和“0”)。近年来，随着铁电材料电畴畴壁导电物理机理的发现，基于畴壁导电物理机制的非挥发铁电存储器将可以大大提升铁电存储器的存储容量。基本原理是利用大的写电压实现存储单元内铁电材料电畴反转，并与存储单元周围基底铁电材料未反转电畴形成界面形的导电畴壁通道，从而改变存储单元的电阻值，进而实现一个存储单元1bit的信息存储。传统上提升存储密度容量的办法就采用更小的特征尺寸单元，但是根据摩尔定律，现在采用更小特征尺寸的半导体制造技术由于逼近物理极限，制造正变得越来越困难，而且晶圆代工厂生产线的投资迅速攀升。如何能立足现有制造节点现状，但又能保持存储器高密度持续发展，正成为今天整个行业努力的方向。

发明内容

鉴于目前存在的上述不足，本发明提供一种非挥发铁电存储器三维存储的结构，在存储器件结构上作改变，即实现成倍的数据信息容量提升、结构简单，方便实用。

为达到上述目的，本发明的实施例采用如下技术方案：

一种非挥发铁电存储器三维存储的结构，所述非挥发铁电存储器三维存储的结构包括基底层、设置在基底层上的多层铁电薄膜存储层晶圆和设置在多层铁电薄膜存储层晶圆上的金属互连层，各层铁电薄膜存储层晶圆通过通孔电极上下相连，其中，铁电薄膜存储层晶圆上排列高密度铁电存储单元，所述基底层可控制各层铁电存储单元。

依照本发明的一个方面，所述基底层为硅基读取电路。

依照本发明的一个方面，所述多层铁电薄膜存储层晶圆的层数为至少2层。

依照本发明的一个方面，所述多层铁电薄膜存储层晶圆的层数大于等于2层，少于等于200层。

依照本发明的一个方面，所述铁电薄膜存储层晶圆的铁电薄膜选自离子掺杂改性的铁电晶体薄膜材料。所述铁电薄膜存储层晶圆的铁电薄膜选自离子掺杂改性的铁酸铋、铌酸锂、钽酸锂、锆钛酸铅、钽酸锶铋等铁电晶体薄膜材料。

依照本发明的一个方面，所述基底层、多层铁电薄膜存储层晶圆和金属互连层采用键合工艺堆叠。所述键合工艺可为超高真空键合、真空环境表面活化键合、大气环境中的室温键合、含氟等离子体活化室温键合技术等键合技术。

依照本发明的一个方面，所述键合工艺采用的温度不高于500度。

本发明实施的优点：本发明所述的非挥发铁电存储器三维存储的结构包括基底层、设置在基底层上的多层铁电薄膜存储层晶圆和设置在多层铁电薄膜存储层晶圆上的金属互连层，各层铁电薄膜存储层晶圆通过通孔电极上下相连，其中，铁电薄膜存储层晶圆上排列高密度铁电存储单元，所述基底层可控制各层铁电存储单元；采用晶圆键合工艺堆叠铁电薄膜存储层晶圆，通过穿透晶圆的三维结构通孔电极互连实现多层信号控制，从而在同一芯片面积下，实现更多单元互连，提升单一芯片容量；克服目前存储器容量提升常规方法通过存储单元做得更小，且需要全面更新半导体制造设备，导致整体集成电路生产建设成本高昂的问题。在不改变集成电路生产线的半导体工艺节点，而只是在存储器件结构上作改变，即实现成倍的数据信息容量提升、结构简单，方便实用，可广泛应用于下一代高密度非挥发铁电存储器芯片。