[发明专利]一种铁电存储器及其制造方法

说明书

本发明公开一种铁电存储器结构，包括衬底、铁电电容及保护层，其中衬底包括源区、漏区、栅极区以及器件间隔离区；铁电电容，通过第一互连结构连接至衬底的源区和/或漏区，以及第二互连结构连接至板线，且包括铁电材料层以及分别设置于铁电材料层的上下表面的电极层；以及保护层包括设置于铁电电容下表面的第一保护层以及包覆铁电电容上表面及侧面的第二保护层。

技术领域

本发明涉及存储器技术领域，特别涉及一种铁电存储器及其制造方法。

背景技术

铁电存储器是一种特殊工艺的非易失性的存储器。当电场被施加到铁晶体管时，中心原子顺着电场停在第一低能量状态位置，而当电场反转被施加到同一铁晶体管时，中心原子顺着电场的方向在晶体里移动并停在第二低能量状态。大量中心原子在晶体单胞中移动耦合形成铁电畴，铁电畴在电场作用下形成极化电荷。铁电畴在电场下反转所形成的极化电荷较高，铁电畴在电场下无反转所形成的极化电荷较低，这种铁电材料的二元稳定状态使得铁电可以作为存储器。

当移去电场后，中心原子处于低能量状态保持不动，存储器的状态也得以保存不会消失，因此可利用铁电畴在电场下反转形成高极化电荷，或无反转形成低极化电荷来判别存储单元是在“1”或“0”状态。铁电畴的反转不需要高电场，仅用一般的工作电压就可以改变存储单元是在“1”或“0”的状态；也不需要电荷泵来产生高电压数据擦除，因而没有擦写延迟的现象。这种特性使铁电存储器在掉电后仍能够继续保存数据，写入速度快且具有无限次写入寿命，不容易写坏。并且，与现有的非易失性内存技术比较，铁电存储器具有更高的写入速度和更长的读写寿命。

然而，铁电存储器也存在失效问题，而引起失效的一个重要原因就是极化方向的锁定，即印记(imprint)。印记是指电滞回线沿电压坐标轴的偏移，电滞回线的偏移是引起剩余极化的下降，一旦极化下降到计划反转时产生的电流小于读写电路的识别精度时，将会导致读写出错，此外，偏移还会使得一个方向的矫顽电压过大，从而使得正常的外加反转电场不能让极化翻转到相反的方向，造成存储单元写入困难。

引起印记的原因很多，其中，已有研究表明，在铁电存储器的制造过程中，后道工艺(back end of line，BEOL)中的金属化工艺所引起的H+攻击会进一步恶化印记效应。

发明内容

针对现有技术中的部分或全部问题，本发明一方面提供一种铁电存储器，包括：

衬底，包括源区、漏区、栅极区、器件间隔离区以及各个功能区上方的电极及互连金属线；

铁电电容，通过第一互连结构连接至所述衬底的源区和/或漏区，以及第二互连结构连接至板线，且包括：

铁电材料层；以及

电极层，分别设置于所述铁电材料层的上下表面；以及保护层，包括：

第一保护层，其设置于所述铁电电容的下表面，但不覆盖所述互连结构；以及

第二保护层，其设置于所述铁电电容的侧面及上表面。

进一步地，所述第一互连结构包括第一导电柱及第一导电柱之间的第一介质层，所述第一导电柱的一端连接至所述衬底，另一端与所述铁电电容连接。

进一步地，所述第一互连结构还包括第二导电柱，其设置于所述第一介质层表面，且所述第二导电柱的截面积大于所述第一导电柱，所述第二导电柱的一端连接至所述第一导电柱，另一端与所述铁电电容连接。

进一步地，所述第一互连结构包括多层结构，且所述多层结构的每层的导电柱与前一层的导电柱电连接。

进一步地，所述第一导电柱和/或第二导电柱的材料为钨或钨合金。

进一步地，所述第二互连结构包括第三导电柱及第三导电柱之间的第二介质层，所述第三导电柱的一端连接至板线，另一端与所述铁电电容连接。