使用于低驱动电压的铁电电容制造方法技术

一种可使用于低驱动电压下的铁电电容制造方法，该方法至少包括：　　　　形成一下电极；　　　　形成一缓冲层于该下电极上；　　　　形成一由钛酸铅锆与铂共同组成的铁电层于该镍－镧氧化物缓冲层之上；　　　　　执行一退火工艺，结晶化该钛酸铅锆与铂共同组成的铁电层成为一结晶层；以及　　　　形成一上电极于该结晶层上。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及到一种铁电电容，特别涉及到一种可降低驱动电压的铁电电容结构。
技术介绍
在内存的结构中，随机存取记忆单元一般是由一个场效应晶体管(FET)和一个电容器所构成。资料的储存借由电容器中存在于两个电极之间的介电层极化而造成的电荷累积来完成。然而，储存在两个电极之间的电荷会因为介电层的物理特性而自动放电，使得随机存取内存必须周期性地充电与更新才能维持其正常操作。也就是说，一旦电源切断，电容器内的电荷会放电，且资料会丢失。因此，一般内存中所使用的电容器为挥发性的(volatile)。过去曾提出一种使用铁电电容器的内存，利用铁电材料作为介电材料以避免资料丢失。通常，使用铁电电容器作为储存介质，可以有效地储存资料，不需要更新，主要是因为铁电材料的特性，电荷借由铁电材料极化而累积，较不容易因为放电而流失。请参照附图说明图1，其为传统的铁电电容内存。以一晶体管/一电容器(1T/1C)的结构为例，其形成方法一般是先在半导体基底10上形成晶体管的栅极12、栅极介电层14以及源极/漏极区16之后，再覆盖上一层介电层20，然后在介电层20中形成接触窗插塞22连接到源极/漏极区16之一，最后在接触窗插塞22上形成铁电电容。而传统的铁电电容由下向上堆栈，在下电极24上形成铁电层薄膜26，并且在铁电层薄膜26上形成上电极28，而此铁电电容以一绝缘层30所包覆，一般铁电层26的构成材料例如是钛酸铅锆(PZT)或是钛酸锶铋(SBT)等。铁电材料借由施加外部电场来选定或切换极化状态，并且在移除外部电场之后，依然能保留其极化状态。如熟悉此技术的人所知，铁电电容器可取代传统在动态随机存取存储器(DRAM)内存中所使用的二氧化硅电容器，其可以快速地储存电荷，并且在电力移除之后，铁电电容器依然可以长时间地维持其极化状态。因此，铁电材料提供了发展简单、低价、高密度、非挥发性内存的可能性。而且，传统的DRAM内存容易受到致电离辐射的照射而损坏，铁电材料对辐射损坏具有很高的阻抗性，其极化状态不会因为辐射而改变。然而，传统上所使用的铁电层材料，钛酸铅锆(PZT)或是钛酸锶铋(SBT)等，其极化时所需的操作电压，通常最低仅能到达1.5伏至2伏特左右，对于要于更低的操作电压下进行编写及读取时，确实有必要发展出新的铁电结构以应付未来的需要。在传统铁电电容内存读写周期中，均会涉及铁电电容的极化状态被切换至另一个完全相反的极化状态，此时通常需要施加一大于强制电压的外加电压来进行切换。一般使用来构成铁电层的材料通常为钛酸铅锆(PZT)或是钛酸锶铋(SBT)等，其切换极化状态所需的外加电压最低仅能低至1.2伏特左右，因此对于一些仅能操作在小于1.2伏特电压下的组件，将不能使用传统的铁电电容内存。
技术实现思路
针对上述缺陷，本专利技术主要目的是提供一种铁电材料制造方法，以降低整个读写周期所需外加的电压大小。本专利技术的另一目的是提供一种能在低驱动电压的情况下，能提供大极化状态的铁电材料制造方法。为实现上述目的，本专利技术提供一种。此铁电电容的工艺首先在下电极上形成一层镍-镧氧化物(LaNiO3，LNO)层做为一层缓冲层，接着于其上生长一层由钛酸铅锆(Pb(Zr1-xTix)O3，PZT)与铂(Pt)共同组成的铁电层，根据本专利技术的较佳实施例，其使用溅射沉积(sputterdeposition)的方法来沉积上述的铁电层，此种由钛酸铅锆与铂共同组成的铁电层结构中，钛酸铅锆属于多数载子，而铂为少数载子，因此本专利技术会利用控制施加于钛酸铅锆与铂靶背面的射频能量，来调整彼此的浓度大小。最后在铁电层上生长一层上电极，即完成本专利技术的铁电电容。附图简要说明下面结合附图对本专利技术的具体实施方式作进一步详细的描述。附图中，图1为现有一般1T-1C铁电记忆单元的结构示意图；图2为铁电材料磁滞曲线；图3为本专利技术的较佳实施例的铁电电容组件结构剖面示意图；图4为本专利技术的较佳实施例的铁电电容放大图；图5为用来进行钛酸铅锆(PZT)与铂(Pt)铁电层沉积的溅镀设备示意图；以及图6为本专利技术由钛酸铅锆与铂共同形成的铁电薄膜层，与仅由钛酸铅锆所形成的铁电薄膜层两者间于相同驱动电压下的极化状态值差距大小。具体实施例方式在不限制本专利技术的构思及应用范围之下，以下即以一铁电材料制造实施例，介绍本专利技术的实施；熟悉此领域技术的人，在了解本专利技术的构思后，应当可应用此制造方法于各种不同的铁电内存电路中。借由本专利技术的铁电材料制造方法，来降低铁电电容在读写周期时所需外加的驱动电压大小，消除传统上由于用来构成铁电层的材料，其切换极化状态时所需的外加电压需大于1.2伏特，造成传统的铁电电容不能使用于操作电压小于1.2伏特下的电路组件，本专利技术的应用不仅限于以下所述的实施例。参阅图2，为铁电材料磁滞曲线，其中横坐标代表施加于铁电材料上的电场强度，纵坐标代表铁电材料的极化状态。假如使用铁电材料填充于电容两极板间，由磁滞曲线可看出，流经电容的电流大小是根据先前施加于铁电电容的电压所造成的极化状态，也就是说，假如最初施加于铁电电容的电压为0伏特，铁电电容的极化状态可能在A点或D点，假设极化状态是在A点，当于铁电电容的两极板间施加一高于强制电压(Coercive Voltage)(即图1中B点)的转换电压，会转换铁电电容的极化状态，在此情形下，铁电电容将会释放所储存的电荷并转换到另一种极化状态(即图1中C点)，当移除施加于铁电电容的电压，铁电电容会维持在相同极化状态并转移至D点，而不会回到A点的极化状态，若此时施加正电压于铁电电容上，铁电电容极化状态仅会造成微小的改变，若施加负电压于铁电电容上，此时铁电电容极化状态会从D点转移至E点，当移除施加于铁电电容的电压，铁电电容会维持在相同极化状态并从E点转移至A点，因此，A点和D点可代表当施加于铁电电容的电压为0伏特时，两种不同的逻辑状态，且如果A、D两点相距越远，也就是两者的极化状态值差距越大(2Pr值越大)，代表储存的效能越好。铁电材料就是借由施加外部电场来选定或切换其极化状态，并且在移除外部电场之后，依然能保留其极化状态。然而，由于在切换极化状态时，需在两极板间施加一高于强制电压(即图1中B点)的转换电压，来转换铁电电容的极化状态，因此，若可降低所需强制电压的大小，将可使得铁电电容亦可应用于低驱动电压的各种电路组件中。首先对本专利技术较佳实施例的使用于低驱动电压的铁电电容结构进行说明，然而值得注意的是，本专利技术并非仅限定用于其下所述的较佳实施例结构。请参照图3，其绘示本专利技术的较佳实施例的结构剖面示意图。首先提供一半导体基底100，例如是具有<100>结构的P型硅基底。在基底100上已完成部分的半导体组件的制作，在基底100的主动区域上制作出晶体管，通常包括栅极102，在栅极102与基底100的间的栅极氧化层104，然后比如以离子植入法在栅极102两侧形成源极/漏极区106。接着在晶体管上覆盖层绝缘层110，比如是二氧化硅、旋涂式玻璃(SOG)、低介电(Low-k)材料或是其组合。并在绝缘层110中形成一接触窗插塞112耦接至源极/漏极区106，接触窗插塞112所使用的材料可以是钨(W)、多晶硅(Poly-Si)或是掺杂多晶硅(Dopedpoly-Si)等，以本最佳本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种可使用于低驱动电压下的铁电电容制造方法，该方法至少包括形成一下电极；形成一缓冲层于该下电极上；形成一由钛酸铅锆与铂共同组成的铁电层于该镍-镧氧化物缓冲层之上；执行一退火工艺，结晶化该钛酸铅锆与铂共同组成的铁电层成为一结晶层；以及形成一上电极于该结晶层上。2.根据权利要求1所述的方法，其中所述的缓冲层由镍-镧氧化物所构成，厚度约为35纳米至150纳米。3.根据权利要求1所述的方法，其中所述的钛酸铅锆与铂共同组成的铁电层以溅镀的方式沉积于缓冲层上。4.根据权利要求1所述的方法，其中所述的钛酸铅锆与铂共同组成的铁电层厚度约为35纳米至200纳米。5.根据权利要求1所述的方法，其中所述的钛酸铅锆与铂共同组成的铁电层结构中，其中铂的大小为10至70纳米。6.根据权利要求1所述的方法，其中所述的钛酸铅锆与铂共同组成的铁电层结构中，铂的含量比约为2.5％至8.5％，铂的密度约为5×1011至5×1013原子/平方厘米。7.根据权利要求1所述的方法，其中所述的退火工艺温度约为250至750℃，而退火工艺温度时间约为1至10分钟。8.根据权利要求1所述的方法，其中...

【专利技术属性】
技术研发人员：曾院介，王昭雄，吴泰伯，
申请(专利权)人：台湾积体电路制造股份有限公司，
类型：发明
国别省市：