铁电记忆体及其制造方法技术

本发明专利技术提供一种铁电记忆体及其制造方法。铁电记忆体包括有一基板，并于该基板上形成一或多个沟槽，该沟槽的表面上设置有一第一导电层与一第二导电层及位于该第一导电层与该第二导电层间的一铁电薄膜层，该第二导电层上堆叠有一第一填充材料层、一第二填充材料层及一第三填充材料层，该第二填充材料层的热膨胀系数大于第一填充材料层与第三填充材料层的热膨胀系数；及该铁电薄膜层经过热处理形成结晶态时，利用该第一填充材料层、该第二填充材料层及该第三填充材料层遇热处理膨胀特性而对铁电薄膜层施加一压缩应力。

Ferroelectric memory and its manufacturing method

【技术实现步骤摘要】
铁电记忆体及其制造方法
本专利技术是关于一种铁电记忆体及其制造方法。
技术介绍
在非挥发性存储器中，要再缩小浮栅(FloatingGate)型闪存或金属/氧化物/氮化物/氧化物/硅(MONOS)型闪存变得困难。因此，不断寻找使用与这些存储器不同的操作原理的尺寸微缩。诸如铁电随机存取存储器(FeRAM)、电阻随机存取存储器(ReRAM)、相变随机存取存储器(PCRAM)、磁随机存取存储器(MRAM)或三维记忆体皆已被使用。在这些存储器中，其中FeRAM里，如FeFET(铁电场效应晶体管)、FTJ(铁电隧道结构)、炼式FeRAM(铁电随机存取存储器)等铁电存储器，如使用含铅铁电存储器的厚度减小是困难的。在FeRAM这样的僵局中，作为不含铅的强电介质膜，容易制造，且低电压动作能够进行长时间记录，故使用氧化铪膜来实现具有大容量的铁电存储器是可以被实现的。
技术实现思路
本专利技术的目的是在利用两种热膨胀系数不同的填充材料于铁电材料热处理过程中会因热膨胀系数的不同而产生形变，来对铁电材料进行一压缩应力，致使铁电材料在经压力与温度重新晶格排列后，铁电特性因此获得大幅改善。本专利技术提供一种铁电记忆体，包括有一基板，并于该基板上形成一沟槽，该沟槽的表面上设置有一第一导电层与一第二导电层及位于该第一导电层与该第二导电层间的一铁电薄膜层，该第二导电层上堆叠有一第一填充材料层、一第二填充材料层及一第三填充材料层，该第二填充材料层的热膨胀系数大于该第一填充材料层与该第三填充材料层的热膨胀系数；及该铁电薄膜层经过热处理形成结晶态时，利用该第一填充材料层、该第二填充材料层及该第三填充材料层的遇热处理膨胀特性而对铁电薄膜层施加一压缩应力。该热处理温度为200℃-900℃，较佳为300℃-600℃。较佳地，该第一填充材料层与该第三填充材料层的材料为氮化钛或钛的热膨胀系数小的材料，而该第二填充材料层的材料为氮化钽的热膨胀系数大的材料。其中该第二填充材料层的材料热膨胀系数大于该第一填充材料层与该第三填充材料层的材料热膨胀系数。较佳地，该第一填充材料层、该第二填充材料层与该第三填充材料层构成的第二三明治结构在热处理时，对该第一导电层、该铁电薄膜层与该第二导电层的第一三明治结构形成压力，并对该铁电薄膜层施加压力。本专利技术另提供一种铁电记忆体的制造方法，其步骤包括：提供一基板；于该基板上形成一第一氧化层，该第一氧化层上形成一金属层，图案化形成一下电极；形成一第二氧化层于该下电极上，并于该第二氧化层形成一或多个沟槽；形成一第一导电层、一铁电薄膜层与一第二导电层于该沟槽及该第二氧化层的表面上，使该第一导电层与该下电极接触；形成一第一填充材料层、一第二填充材料层与一第三填充材料层于该第二导电层上；及形成一上电极于该第三填充材料层上，并进行热处理处理。较佳地，于该下电极与该第一氧化层上以低温状态下形成一第二氧化层。较佳地，本专利技术步骤还包括一步骤是研磨该第二氧化层使平坦化。较佳地，该第一导电层、该铁电薄膜层与该第二导电层的制作步骤为：于该第一导电层形成于该沟槽的表面，该铁电薄膜层形成于该第一导电层的表面，该第二导电层形成于该铁电薄膜层表面上，使该第一导电层可与该下电极接触。较佳地，该第一填充材料层、该第二填充材料层与该第三填充材料层的制作步骤为：于该第一填充材料层形成于该第二导电层的表面，该第二填充材料层形成于该第一填充材料层的表面，该第三填充材料层形成于该第二填充材料层的表面并填满该沟槽。较佳地，该第一填充材料层的材料及该第三填充材料层的材料可为相同或不同，其中该第二填充材料层的材料热膨胀系数大于该第一填充材料层与该第三填充材料层的材料热膨胀系数。较佳地，该热处理温度为200℃-900℃，较佳为300℃-600℃。较佳地，本专利技术的步骤还包括于该第二氧化层表面上的该上电极、该第一导电层、该铁电薄膜层与该第二导电层及该第一填充材料层、该第二填充材料层与该第三填充材料层的两端侧边形成一间隙壁，该间隙壁的材料为一二氧化硅。较佳地，本专利技术的步骤还包括：形成一上金属层于最上方的表面；图案化使该导孔上端表面形成一金属垫，及该上电极与该间隙壁上方形成一上金属垫。附图说明图1是本专利技术铁电记忆体的侧面剖视示意图；图2A-图2K为本专利技术铁电记忆体的制造流程示意图。【符号说明】基板10沟槽12第一三明治结构14第一导电层142铁电薄膜层144第二导电层146第二三明治结构16第一填充材料层162第二填充材料层164第三填充材料层166基板102第一氧化层104金属层106下电极108第二氧化层110沟槽、孔洞112上电极114间隙壁116导孔118金属垫120上金属垫122具体实施方式本章节所叙述的是实施本专利技术的最佳方式，目的在于说明本专利技术的精神而非用以限定本专利技术的保护范围，本专利技术的保护范围当视所附的权利要求书所界定的范围为准。请参阅图1是本专利技术铁电记忆体的侧面剖视示意图，本专利技术铁电记忆体包括有一基板10，并于该基板10上形成一沟槽12。该基板10的材料可为一二氧化硅材料(SiO2Material)。该沟槽12的表面上依序设置有一第一导电层142与一第二导电层146及位于该第一导电层142与该第二导电层146间的一铁电薄膜层144形成第一三明治结构14。该第二导电层146上依序堆叠有一第一填充材料层162、一第二填充材料层164及一第三填充材料层166形成第二三明治结构16。该第二填充材料层164的热膨胀系数大于第一填充材料层162与第三填充材料层166的热膨胀系数。本专利技术是在该铁电薄膜层144经过热处理200℃-900℃，较佳为300℃-600℃形成结晶态时，利用该第一填充材料层162、该第二填充材料层164及该第三填充材料层166的第二三明治结构16遇热处理膨胀特性而对该铁电薄膜层144增加一压缩应力，以增加其铁电特性。由于该第一填充材料层162与该第三填充材料层166和该第二填充材料层164的材料热膨胀系数不同，故在热处理的过程中会产生形变进而对该铁电材料层144有一压缩应力，该铁电薄膜层144透过热处理与一压缩应力的作用下，进而增加其铁电特性。该第一导电层142与该第二导电层146的材料可为氮化钛(TiN)、氮化钽(TaN)、钨化钛(TiW)、氮化铪(HfN)、氮化锆(ZrN)、氮化钽铝(TaAlN)、氮化钨铝(WAlN)、氮化铪铝(HfAlN)、氮化锆铝(ZrAlN)等金属。该铁电薄膜层144的材料可为氧化铪锆(HfZrOx)、氧化锶钛(SrTiOx)、氧化锶钙钛(SrCaTiOx)、氧化银铌钽(Ag(Nb1-xTax)Ox)、氧化钡锶钛(BaSrTiO3)、氧化钡钛(BaTiO3)等。该第一填充材料层162与该第三填充材料层本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种铁电记忆体，其特征在于，包括有基板，并于该基板上形成沟槽，该沟槽的表面上设置有第一导电层与第二导电层及位于该第一导电层与该第二导电层间的铁电薄膜层，该第二导电层上堆叠有第一填充材料层、第二填充材料层及第三填充材料层，该第二填充材料层的热膨胀系数大于该第一填充材料层与该第三填充材料层的热膨胀系数；及该铁电薄膜层经过热处理形成结晶态时，利用该第一填充材料层、该第二填充材料层及该第三填充材料层的遇热处理膨胀特性而对该铁电薄膜层施加压缩应力。/n

【技术特征摘要】
20181113 TW 1071402121.一种铁电记忆体，其特征在于，包括有基板，并于该基板上形成沟槽，该沟槽的表面上设置有第一导电层与第二导电层及位于该第一导电层与该第二导电层间的铁电薄膜层，该第二导电层上堆叠有第一填充材料层、第二填充材料层及第三填充材料层，该第二填充材料层的热膨胀系数大于该第一填充材料层与该第三填充材料层的热膨胀系数；及该铁电薄膜层经过热处理形成结晶态时，利用该第一填充材料层、该第二填充材料层及该第三填充材料层的遇热处理膨胀特性而对该铁电薄膜层施加压缩应力。


2.根据权利要求1所述的铁电记忆体，其特征在于，该热处理温度为200℃-900℃，较佳为300℃-600℃。


3.根据权利要求1所述的铁电记忆体，其特征在于，该基板的材料为二氧化硅材料。


4.根据权利要求1所述的铁电记忆体，其特征在于，该第一导电层与该第二导电层的材料为氮化钛、氮化钽、钨化钛、氮化铪、氮化锆、氮化钽铝、氮化钨铝、氮化铪铝或氮化锆铝。


5.根据权利要求1所述的铁电记忆体，其特征在于，该铁电薄膜层的材料为氧化铪锆、氧化锶钛、氧化锶钙钛、氧化银铌钽、氧化钡锶钛或氧化钡钛。


6.根据权利要求1所述的铁电记忆体，其特征在于，该第一填充材料层与该第三填充材料层的材料为氮化钛或钛的热膨胀系数小的材料，而该第二填充材料层的材料为氮化钽的热膨胀系数大的材料，其中该第二填充材料层的材料热膨胀系数大于该第一填充材料层与该第三填充材料层的材料热膨胀系数。


7.根据权利要求1所述的铁电记忆体，其特征在于，该第一填充材料层、该第二填充材料层与该第三填充材料层构成的第二三明治结构在热处理时，对该第一导电层、该铁电薄膜层与该第二导电层的第一三明治结构形成压力，并对该铁电薄膜层施加压力。


8.一种铁电记忆体的制造方法，其特征在于，其步骤包括：
提供一基板；
于该基板上形成第一氧化层，该第一氧化层上形成一金属层，图案化形成下电极；
形成第二氧化层于该下电极上，并于该第二氧化层形成一或多个沟槽；
形成第一导电层、铁电薄膜层与第二导电层于该沟槽及该第二氧化层的表面上，使该第一导电层与该下电极接触；
形成第一填充材料层、第二填充材料层与第三填充材料层于该第二导电层上；及
形成上电极于该第三填充材料层上，并进行热处理处理。


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【专利技术属性】
技术研发人员：王志耀，李亨元，叶伯淳，林雨德，徐建华，
申请(专利权)人：财团法人工业技术研究院，
类型：发明
国别省市：中国台湾;71