[发明专利]具有三维铁电电容器的铁电随机存取存储器

说明书

本公开涉及具有三维铁电电容器的铁电随机存取存储器。一种半导体器件包括：衬底；鳍，在衬底之上突出；栅极结构，位于鳍之上；底部电极，位于栅极结构之上并与栅极结构电耦合；铁电层，围绕底部电极；以及顶部电极，围绕铁电层。

技术领域

本公开总体涉及具有三维铁电电容器的铁电随机存取存储器。

背景技术

由于各种电子组件(例如，晶体管、二极管、电阻器、电容器等)的 集成密度的不断提高，半导体工业经历了快速增长。大部分情况下，集成 密度的提高来自最小特征尺寸的不断减小，这使得更多组件可以集成到给 定区域中。

鳍式场效应晶体管(FinFET)器件正变得普遍用于集成电路。FinFET 器件具有三维结构，包括从衬底突出的半导体鳍。被配置为控制FinFET 器件的导电沟道内的电荷载流子的流动的栅极结构环绕半导体鳍。例如， 在三栅极FinFET器件中，栅极结构环绕半导体鳍的三个侧，从而在半导 体鳍的三个侧形成导电沟道。

铁电随机存取存储器(FeRAM或FRAM)由于其快速读取/写入速度 和小尺寸而成为下一代非易失性存储器的候选。在单晶体管单电容器 (1T-1C)FRAM结构中，具有铁电(FE)电容器的FRAM存储器单元通 常在后端(back end of line，BEOL)工艺中集成。现有的FRAM结构具有 有限的电容调谐能力。在本领域中需要能够实现高电容调谐能力和高集成 密度的FRAM结构。

发明内容

根据本公开的一个实施例，提供了一种半导体器件，包括：衬底；鳍， 在所述衬底之上突出；栅极结构，位于所述鳍之上；底部电极，位于所述 栅极结构之上并与所述栅极结构电耦合；铁电层，围绕所述底部电极；以 及顶部电极，围绕所述铁电层。

根据本公开的另一实施例，提供了一种半导体器件，包括：鳍，在衬 底之上突出；第一栅极结构，位于所述鳍之上；以及第一铁电电容器，位 于所述第一栅极结构之上并与所述第一栅极结构电耦合，其中，所述第一 铁电电容器包括：第一底部电极，位于所述第一栅极结构之上并与所述第 一栅极结构电耦合；第一铁电膜，围绕所述第一底部电极，其中，所述第 一铁电膜沿着所述第一底部电极的侧壁和顶表面延伸；以及第一顶部电极， 围绕所述第一铁电膜。

根据本公开的又一实施例，提供了一种形成半导体器件的方法，所述 方法包括：在突出于衬底上的鳍之上形成栅极结构；在所述栅极结构之上 形成第一电介质层；在所述第一电介质层中形成第一通孔，所述第一通孔 电耦合至所述栅极结构；以及在所述第一电介质层之上形成铁电电容器， 其中，形成所述铁电电容器包括：在所述第一电介质层之上形成底部电极， 所述底部电极在所述第一电介质层的远离所述衬底的上表面上突出，所述底部电极电耦合至所述第一通孔；在所述底部电极之上并在所述第一电介 质层的上表面之上共形地形成铁电膜；在所述铁电膜之上共形地形成顶部 电极层；以及执行各向异性刻蚀工艺，以去除所述顶部电极层的沿着所述 铁电膜的背离所述衬底的上表面延伸的第一部分，其中，在所述各向异性 刻蚀工艺之后，所述顶部电极层的第二部分保留并沿着所述铁电膜的侧壁 延伸。

附图说明

在结合附图阅读时，可以从下面的具体实施方式中最佳地理解本公开 的各方面。注意，根据行业的标准做法，各种特征不是按比例绘制的。事 实上，为了讨论的清楚起见，各种特征的尺寸可能被任意增大或减小。

图1示出了根据一些实施例的鳍式场效应晶体管(FinFET)器件的透 视图。

图2-图14和图15A示出了根据实施例的各个制造阶段的FinFET器件 100的截面图。

图15B-图15D示出了图15A的FinFET器件的各种实施例截面图。

图15E示出了图15A的FinFET器件的一部分的放大图。

图16示出了根据另一实施例的FinFET器件的截面图。