一种用于铁电存储器的铁电薄膜电容及其制造方法技术

本发明专利技术公开了一种用于铁电存储器的铁电薄膜电容及其制造方法，通过在电极层和铁电薄膜层之间加入缓冲层，能有效降低铁电存储器单元的操作电压，并且采用的缓冲层材料的介电常数越小，其分压能力就越强，铁电存储器单元的操作电压降低就越显著；另一方面，在电极层和铁电薄膜层之间还采用例如石墨烯作为散热层，利用石墨烯优异的散热性能，能有效降低器件由于铁电薄膜介电常数较高导致的器件发热和散热性差的问题，从而避免了高密度铁电存储器可能产生的散热问题，有利于提高铁电存储器器件性能以及器件稳定性和良率。

Ferroelectric thin film capacitor for ferroelectric memory and method for manufacturing the same

The invention discloses a ferroelectric thin film capacitor for ferroelectric memory and its manufacturing method, by adding a buffer layer between the electrode layer and the ferroelectric thin film layer, can effectively reduce the operating voltage of the ferroelectric memory unit, a buffer layer material of the dielectric constant and the smaller the pressure ability is strong, the operating voltage of the ferroelectric the memory cell decreased more significant; on the other hand, between the electrode layer and the ferroelectric thin film layer is used as graphene as the heat radiating layer, the heat dissipation performance of graphene excellent, can effectively reduce the devices because of ferroelectric thin films with high dielectric constant due to heating and cooling device of the problem, so as to avoid the problem of heat dissipation high density ferroelectric memory may be produced, is conducive to improve the performance of ferroelectric memory devices and device stability and yield.

【技术实现步骤摘要】
一种用于铁电存储器的铁电薄膜电容及其制造方法
本专利技术涉及半导体集成电路制造工艺
，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。
技术介绍
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。
技术实现思路
本专利技术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，本专利技术的技术方案如下：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。从上述技术方案可以看出，本专利技术通过在电极层和铁电薄膜层之间加入缓冲层，能有效降低铁电存储器单元的操作电压，并且采用的缓冲层材料的介电常数越小，其分压能力就越强，铁电存储器单元的操作电压降低就越显著；另一方面，在电极层和铁电薄膜层之间还采用例如石墨烯作为散热层，利用石墨烯优异的散热性能，能有效降低器件由于铁电薄膜介电常数较高导致的器件发热和散热性差的问题，从而避免了高密度铁电存储器可能产生的散热问题，有利于提高铁电存储器器件性能以及器件稳定性和良率。附图说明图1是现有的一种铁电薄膜电容的结构示意图；图2是本专利技术一较佳实施例的一种用于铁电存储器的铁电薄膜电容结构示意图；图3是本专利技术一较佳实施例的一种制造图2的铁电薄膜电容的制造方法的流程示意图。具体实施方式本专利技术的核心思想之一在于：本专利技术提供了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。本专利技术的核心思想之二在于：本专利技术还提供了一种用于铁电存储器的铁电薄膜电容的制造方法，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。下面结合附图，对本专利技术的具体实施方式作进一步的详细说明。需要说明的是，在下述的具体实施方式中，在详述本专利技术的实施方式时，为了清楚地表示本专利技术的结构以便于说明，特对附图中的结构不依照一般比例绘图，并进行了局部放大、变形及简化处理，因此，应避免以此作为对本专利技术的限定来加以理解。在以下本专利技术的具体实施方式中，请参阅图2，图2是本专利技术一较佳实施例的一种用于铁电存储器的铁电薄膜电容结构示意图。如图2所示，本专利技术的铁电薄膜电容结构具体可包括：下电极层、铁电薄膜层和上电极层，铁电薄膜层位于下电极层、上电极层之间。在下电极层与铁电薄膜层之间含有缓冲层和散热层，同时，在铁电薄膜层与上电极层之间也含有缓冲层和散热层。缓冲层能有效降低铁电存储器单元的操作电压，并且采用的缓冲层材料的介电常数越小，其分压能力就越强，铁电存储器单元的操作电压降低就越显著。由于铁电薄膜介电常数较高，易导致器件发热和散热性差的问题，因此，可通过设置散热层对铁电薄膜进行及时散热，从而避免了高密度铁电存储器可能产生的散热问题。其中，所述缓冲层材料的相对介电常数应不高于铁电薄膜层材料的相对介电常数。并且，所述缓冲层材料可为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。例如，可选用Ti作为缓冲层的材料。所述散热层材料可选用石墨烯。利用石墨烯优异的散热性能，能有效降低器件由于铁电薄膜介电常数较高导致的器件发热和散热性差的问题，从而可避免高密度铁电存储器可能产生的散热问题，有利于提高铁电存储器器件性能以及器件稳定性和良率。所述上、下电极层材料可采用Pt、Au、W、Al、Cu、Ir、Ti、TiN、TaN、AlCu中的一种或几种。例如，可选用Pt作为上、下电极层材料。所述铁电薄膜层材料可采用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；例如，可选用PbTiZrO3作为铁电薄膜层材料。请参阅图3，图3是本专利技术一较佳实施例的一种制造图2的铁电薄膜电容的制造方法的流程示意图。如图3所示，本专利技术的一种用于铁电存储器的铁电薄膜电容的制造方法，包括以下步骤：步骤S01：生长下电极层201。下电极层材料为Pt，厚度为150nm；可采用常规方式生长下电极层201。步骤S02：在下电极层上生长缓冲层202。缓冲层材料为Ti，厚度为20nm；缓冲层可通过热氧化、脉冲激光本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于铁电存储器的铁电薄膜电容，其特征在于，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。

【技术特征摘要】
1.一种用于铁电存储器的铁电薄膜电容，其特征在于，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。2.根据权利要求1所述的用于铁电存储器的铁电薄膜电容，其特征在于，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。3.根据权利要求1所述的用于铁电存储器的铁电薄膜电容，其特征在于，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。4.根据权利要求1所述的用于铁电存储器的铁电薄膜电容，其特征在于，所述散热层材料为石墨烯。5.根据权利要求1所述的用于铁电存储器的铁电薄膜电容，其特征在于，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。6.根据权利要求1所述的用于铁电存储器的铁电薄膜电容，其特征在于，所述铁电薄膜层材料为BaTiO3、BaSrTiO3、PbTiZrO3、...

【专利技术属性】
技术研发人员：钟旻，
申请(专利权)人：上海集成电路研发中心有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31