铁电存储器件和制造其的方法技术

在一个实施例中，一种铁电存储器件包括具有源极区和漏极区的衬底。铁电存储器件包括铁电超晶格结构，该铁电超晶格结构设置在衬底上，且具有交替堆叠的至少两种不同的介电层。此外，铁电存储器件包括设置在超晶格结构上的栅电极层。

Ferroelectric memory device and method for manufacturing the same

In one embodiment, a ferroelectric memory device includes a substrate having a source polar region and a drain region. The ferroelectric memory device comprises a ferroelectric superlattice structure arranged on a substrate and having at least two different dielectric layers alternately stacked. In addition, ferroelectric memory devices include gate electrode layers on the superlattice structure.

【技术实现步骤摘要】
铁电存储器件和制造其的方法相关申请的交叉引用本申请要求2017年2月23日提交的编号为10-2017-0024300的韩国专利申请的优先权，其通过引用整体合并于此。
本公开的实施例涉及一种铁电存储器件和制造其的方法。
技术介绍
一般而言，铁电材料是在无施加的外部电场的情况下具有自发电极化的材料。更具体地，铁电材料能够维持两种稳定剩余极化状态中的一种。因此，铁电材料可以用来以非易失性方式来储存数字信息。例如，二进制信息“0”或“1”可以储存在剩余极化状态中。铁电材料中的剩余极化可以通过施加外部电场来可逆地切换。铁电材料在非易失性存储器件中的应用已经得到了积极的研究。作为示例，可以显示出铁电性质或特性的钙钛矿材料(诸如锆钛酸铅(PZT)或钽酸锶铋(SBT))已经得到研究以应用于非易失性存储器件。
技术实现思路
在本公开的一个方面中，公开了一种具有铁电材料层的铁电存储器件。铁电存储器件的制造工艺与传统半导体集成电路制造工艺兼容。根据本公开的一个方面的铁电存储器件可以包括具有源极区和漏极区的衬底。铁电存储器件可以包括设置在衬底上的铁电超晶格结构。铁电超晶格结构可以具有交替堆叠或层叠的至少两种不同的介电层。此外，铁电存储器件可以包括设置在铁电超晶格结构上的栅电极层。在本公开的另一方面中，公开了一种制造铁电存储器件的方法。在该方法中，可以提供衬底。在衬底上交替堆叠或层叠至少两种不同的介电层来形成铁电超晶格结构。在铁电超晶格结构上形成栅电极层。附图说明图1是图示根据本公开的一个实施例的铁电存储器件的示意图。图2是图示根据本公开的一个实施例的铁电存储器件的示意图。图3是图示根据本公开的一个实施例的铁电存储器件的示意图。图4是图示根据本公开的一个实施例的铁电存储器件的示意图。图5是示意性地图示根据本公开的一个实施例的制造铁电存储器件的方法的流程图。图6至图10是示意性地图示根据本公开的一个实施例的制造铁电存储器件的方法的示意图。具体实施方式在下文中将参照附图来描述各种实施例。在附图中，为了图示的清楚，层或区域的尺寸可能被放大了。附图是关于观察者的视点来描述的。如果第一元件被称作位于第二元件上，则其可以被理解成：第一元件直接位于第二元件上；额外元件可以介于第一元件与第二元件之间；或者第一元件的一部分直接位于第二元件的一部分上。贯穿说明书，相同的附图标记可以指代相同的元件。此外，除非在本公开的上下文中清楚地另外使用，否则单词的单数形式的表达包括单词的复数形式。术语“包括”或“具有”意在指定特征、数量、步骤、操作、元件、组件、部分或其组合的存在，但这两个术语都不排除一个或更多个其他特征、数量、步骤、操作、元件、组件、部分或其组合的存在或添加的可能性。此外，在方法或制造方法中的每个步骤或工艺不一定按照本公开中阐述的任何次序来执行，除非明确地描述了的特定顺序。换言之，在本文中公开的方法或制造方法中的每个步骤或工艺可以按照陈述的次序来依次执行、可以按照陈述的次序以外的顺序来执行或者可以基本上与一个或更多个其他步骤或工艺同时执行。步骤或工艺也可以按照反序来执行。本公开的一个实施例包括具有铁电超晶格结构的铁电存储器件。在最近的研究中已经报道了用于在顺电材料中形成或诱生铁电性质的技术。作为示例，已经报道了在薄膜制造工艺中，当各向异性应力被施加给薄非铁电氧化铪膜时，晶格结构从四方晶系转变成斜方晶系，形成具有铁电性质的氧化铪层。作为非限制性示例，各向异性应力可以通过掺杂掺杂剂、表面能效应以及与氧化铪层相关的薄膜生长机制来产生。J.Müller等(NanoLett.,2012,12(8),pp4318–4323)已经公开了在包括氧化铪(HfO2)和氧化锆(ZrO2)的HfxZryO2(0<x,y<1)的固溶体中，当控制构成氧化铪(HfO2)和氧化锆(ZrO2)的铪(Hf)和锆(Zr)的含量比时，HfxZryO2固溶体可以具有呈现铁电性质的四方晶系结构。在一个实施例中，公开了具有交替堆叠或层叠在衬底上的两种或更多种不同介电层的超晶格结构。在非限制性示例中，在超晶格结构之内，具有第一组分的第一介电层可以设置在衬底上，接着是具有第二组分的第一介电层。具有第一组分的第二介电层可以设置在具有第二组分的第一介电层上，接着是具有第二组分的第二介电层。额外的介电层可以与该交替图案一致地顺序地设置在先前设置的介电层上，以形成超晶格结构。在另一非限制性示例中，可以在超晶格结构中使用一个或更多个单元堆叠。单元堆叠可以包括具有第一组分的介电层，接着是设置在具有第一组分的介电层上的具有第二、不同组分的介电层。超晶格结构中的额外单元堆叠可以这样定向，使得在超晶格结构之内，具有第一组分的介电层设置在具有第二组分的介电层之间，而具有第二组分的介电层设置在具有第一组分的介电层之间，或者使得在超晶格结构之内，具有第一组分的介电层与具有第二组分的介电层交替。根据本公开的一个实施例，在超晶格结构中，具有不同组分的介电层之间的界面区中的部分中的晶格应变可以通过控制介电层的数量或厚度来控制。因此，超晶格结构的铁电性质可以通过界面区中的各向异性应力的形成来控制。图1是图示根据本公开的一个实施例的铁电存储器件的示意图。参见图1，铁电存储器件1可以包括具有源极区102和漏极区103的衬底101。此外，铁电存储器件1可以包括设置在衬底101之上的超晶格结构10和栅电极层155。此实施例的铁电存储器件1可以为诸如晶体管的非易失性存储器件。衬底101可以包括半导体材料。作为非限制性示例，衬底101可以包括硅(Si)衬底、砷化镓(GaAs)衬底、磷化铟(InP)衬底、锗(Ge)衬底或锗硅(SiGe)衬底。衬底101可以掺杂有n型或p型掺杂剂以具有导电性。源极区102和漏极区103可以掺杂有n型或p型掺杂剂。在一个实施例中，当衬底101为n型掺杂时，源极区102和漏极区103可以为p型掺杂。在另一实施例中，当衬底101为p型掺杂时，源极区102和漏极区103可以为n型掺杂。界面绝缘层115可以设置在衬底101与超晶格结构10之间。界面绝缘层115可以与衬底101和超晶格结构10中的每个形成稳定界面，使得界面绝缘层115抑制当衬底101与界面结构125直接接触时在界面处产生的界面缺陷。界面缺陷可以破坏衬底101与界面结构125之间的绝缘性质。例如，界面绝缘层115可以具有在衬底101的晶格常数与超晶格结构10的晶格常数之间的晶格常数。此外，界面绝缘层115可以抑制衬底101与超晶格结构10之间的材料扩散。作为非限制性示例，界面绝缘层115可以包括氧化硅、氮化硅或氮氧化硅。界面绝缘层115可以具有非晶态。超晶格结构10可以包括交替堆叠或层叠的至少两种不同的介电层。在一个实施例中，至少两种不同的介电层中的每个层可以在各层被包括在超晶格结构10中之前具有铁电特性。在另一实施例中，至少两种不同的介电层中的每个层可以在各层被包括在超晶格结构10中之前不具有铁电特性。参见图1，在一个实施例中，超晶格结构10可以包括介电层125a、125b、125c、135a、135b和135c。介电层125a、125b和125c可以包括氧化铪，而介电层135a、135b和135c可以包括氧化锆本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种铁电存储器件，包括：衬底，具有源极区和漏极区；超晶格结构，设置在衬底上，以及具有交替堆叠的至少两种不同的介电层；以及栅电极层，设置在超晶格结构上。

【技术特征摘要】
2017.02.23 KR 10-2017-00243001.一种铁电存储器件，包括：衬底，具有源极区和漏极区；超晶格结构，设置在衬底上，以及具有交替堆叠的至少两种不同的介电层；以及栅电极层，设置在超晶格结构上。2.如权利要求1所述的铁电存储器件，其中，超晶格结构包括氧化铪层和氧化锆层。3.如权利要求2所述的铁电存储器件，其中，氧化铪层和氧化锆层具有实质上相同的厚度。4.如权利要求1所述的铁电存储器件，其中，超晶格结构包括多个单元堆叠结构，以及所述多个单元堆叠结构中的每个单元堆叠结构包括一个氧化铪层和一个氧化锆层。5.如权利要求4所述的铁电存储器件，其中，超晶格结构的最上层包括氧化锆层。6.如权利要求4所述的铁电存储器件，其中，超晶格结构具有大约5nm到20nm的总厚度。7.如权利要求1所述的铁电存储器件，还包括设置在超晶格结构与栅电极层之间的去极化抑制层。8.如权利要求7所述的铁电存储器件，其中，去极化抑制层包括氧化锆层或氧化铝层。9.如权利要求1所述的铁电存储器件，其中，栅电极层包括选自钨W、钛Ti、铜Cu、铝Al、钌Ru、氮化钨、氮化钛、氮化钽、碳化钨、碳化钛、硅化钨、硅化钛、硅化钽和氧化钌中的至少一种。10.如权利要求1所述的铁电存储器件，还包括设置在衬底与超晶格结构之间的界面绝缘层，其中，界面绝缘层包括选自氧化硅、氮化硅和氮氧化硅中的一种。11.一种制造铁...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘香根，
申请(专利权)人：爱思开海力士有限公司，
类型：发明
国别省市：韩国,KR