[发明专利]三维铁电存储器及其制造方法

说明书

本发明提供了一种三维铁电存储器及其制造方法，该铁电存储器包括存储单元阵列，每个存储单元包括晶体管和与晶体管连接的三维铁电电容，所述铁电电容包括第一电极、第二电极和位于第一电极和第二电极之间的铁电材料层，其中在形成深孔结构沉积完铁电电容后采用刻蚀的方式刻蚀去除深孔结构外的电容结构并在电容层上形成绝缘保护层，通过该方法形成的铁电存储器能够降低制造难度并提高电极之间的绝缘可靠性提高产品性能。

技术领域

本发明涉及半导体存储器技术领域，特别涉及一种三维铁电存储器结构及其制造方法。

背景技术

铁电存储器使用铁电材料层来实现非易失性。铁电材料层具有所施加电场与所储存表观电荷之间的非线性关系，并且因此可以在电场下切换极性。铁电存储器的优点包括低功耗、快速写性能和高最大读/写耐久度。

现有的铁电存储器，通常为平面结构，平面结构的铁电存储器占用的空间较大，不利于提高产品的存储密度。

发明内容

本发明的目的在于提供一种三维铁电存储器及其制造方法，可以在提高产品的存储密度的基础上降低产品的制造难度，而且能够提高产品的可靠性。

为达成前述目的，本发明一种三维铁电存储器，其包括：若干存储单元阵列，每个存储单元包括晶体管和与晶体管连接的三维铁电电容，所述三维铁电电容截面为U型，其包括第一电极、第二电极和位于第一电极和第二电极之间的铁电材料层，其中在铁电电容上方形成有一层绝缘保护层。

根据本发明的一个实施例，其中所述三维铁电电容的第一电极和第二电极的上表面平齐，所述绝缘保护层覆盖三维铁电的第一电极和第二电极的上表面。

根据本发明的一个实施例，其中所述绝缘保护层的材料为氮化硅(SiN)或者氧化铝(AL₂O₃)。

根据本发明的一个实施例，其中所述第一电极和第二电极的材料可以是以下材料中的一种或多种：钛(Ti)、氮化钛(TiN)、氮化钛硅(TiSiNx)、氮化钛铝(TiAlNx)、碳氮化钛(TiCNx)、氮化钽(TaNx)、氮化钽硅(TaSiNx)、氮化钽铝(TaAlNx)、氮化钨(WNx)、硅化钨(WSix)、碳氮化钨(WCNx)、钌(Ru)、氧化钌(RuOx)、铱(Ir)、掺杂多晶硅、透明导电氧化物(TCO)或氧化铱(IrOx)或这些材料的复合。

根据本发明的一个实施例，其中所述铁电材料包括氧和一种或多种铁电金属组成的具有铁电性的材料，所述铁电金属包括锆(Zr)、铪(Hf)、钛(Ti)、铝(Al)、镍(Ni)和/或铁(Fe)，并且所述铁电材料可以掺杂第II族元素钙(Ca)、锶(Sr)或钡(Ba)；或者掺杂第III族元素钪(Sc)、钇(Y)、铝(Al)、镓(Ga)以及铟(In))；或者掺杂镧系元素镧(La)、铈(Ce)、镨(Pr)、钕(Nd)、钷(Pm)、钐(Sm)、铕(Eu)、钆(Gd)、铽(Tb)、镝(Dy)、钬(Ho)、铒(Er)、铥(Tm)、镱(Yb)、镥(Lu)。

为达成前述目的，根据本发明的一个实施例的一种三维铁电存储器的制造方法，其包括：

在半导体基底上形成晶体管，其包括栅极、源极和漏极；

在晶体管上方形成与晶体管连接的三维铁电电容，所述铁电电容包括第一电极、第二电极和位于第一电极和第二电极之间的铁电材料层；

其中在形成三维铁电电容后在三维铁电电容器的第一电极和第二电极上表面上形成一层绝缘保护层。

为达成前述目的，本发明一种三维铁电存储器的制造方法，其包括：

在半导体衬底上形成晶体管，其包括栅极、源极和漏极；

在晶体管上方形成分别与晶体管的源极或漏极连接的第一导电互连；