铁电电容的电流退火结构及方法技术

本公开提供一种铁电电容的电流退火结构，包括：顶电极金属层，其设置有延伸而出的两个顶电极PAD；底电极金属层，其设置有延伸而出的两个底电极PAD；铁电电容，设置于所述顶电极金属层和底电极金属层之间并与所述顶电极金属层和底电极金属层相贴合；通过对所述顶电极PAD施加电压脉冲使其流经顶电极金属层产生焦耳热，利用所述焦耳热对所述铁电电容退火。同时，本公开还提供一种利用以上所述的电流退火结构对铁电电容进行电流退火的方法，能够缓解现有技术中对铁电电容器件进行退火处理时退火温度高，退火时间长，无法实现对晶圆选择性加热，容易受到不必要的高温热的影响等技术问题。题。题。

【技术实现步骤摘要】
铁电电容的电流退火结构及方法


[0001]本公开涉及微电子器件
，尤其涉及一种氧化铪基铁电电容的电流退火结构及方法。

技术介绍

[0002]传统的钙钛矿铁电体因厚度大且缺乏可行的薄膜技术，导致基于电容器的铁电存储器(FRAM)只能为平面电容结构，并且被限制为最小130nm节点，由于这些限制，商用FRAM产品的存储密度目前停滞在128Mb/cm2，这使得铁电存储器的发展遇到了瓶颈。
[0003]随后，二氧化铪(HfO2)基薄膜材料因宽带隙、高介电常数、纳米级的薄膜厚度、与CMOS集成工艺兼容等优点被广泛研究，直到2011年，HfO2基薄膜具有铁电性的研究发现，为铁电存储器的发展带来了新的希望。研究发现，介于单斜相与四方/立方相边界的亚稳态非中心对称正交相的形成是HfO2基薄膜出现铁电性的根本原因。而正交相的形成又和铁电电容的制备工艺密切相关，其中退火工艺处理对铁电电容器件性能有重要影响。铁电电容在制备过程中，通常采用快速热处理方法(Rapid Thermal Process，RTP)对器件在400
‑
550℃高温下进行1分钟退火处理。而这种方法因较大的能量和时间消耗，限制了铁电电容的部分应用场景。

技术实现思路

[0004](一)要解决的技术问题
[0005]基于上述问题，本公开提供了一种铁电电容的电流退火结构及方法，以缓解现有技术中对铁电电容器件进行退火处理时退火温度高，退火时间长，无法实现对晶圆选择性加热，容易受到不必要的高温热的影响等技术问题。
[0006](二)技术方案
[0007]本公开的一个方面，提供一种铁电电容的电流退火结构，包括：顶电极金属层，其设置有延伸而出的两个顶电极PAD；底电极金属层，其设置有延伸而出的两个底电极PAD；铁电电容，设置于所述顶电极金属层和底电极金属层之间并与所述顶电极金属层和底电极金属层相贴合；通过对所述顶电极PAD施加电压脉冲使其流经顶电极金属层产生焦耳热，利用所述焦耳热对所述铁电电容退火。
[0008]根据本公开实施例，所述铁电电容为氧化铪基铁电电容。
[0009]根据本公开实施例，通过对所述底电极PAD施加电压脉冲使其流经底电极金属层产生焦耳热，利用所述焦耳热对所述铁电电容退火。
[0010]根据本公开实施例，所述电压脉冲的脉冲幅值和脉冲宽度可调节。
[0011]根据本公开实施例，通过调节脉冲幅值和脉冲宽度的值以达到调节所产生的焦耳热的大小。
[0012]根据本公开实施例，根据铁电电容退火所需焦耳热确定脉冲幅值和脉冲宽度。
[0013]根据本公开实施例，当铁电电容与其他器件集成后，能够实现脱离工艺线对集成
后的器件中的铁电电容退火。
[0014]根据本公开实施例，当铁电电容与晶体管组成的存储单元，以及由多个所述存储单元构成存储阵列时，能够指定所述存储阵列中的任意一个或多个铁电电容进行电流退火。
[0015]本公开的另一方面，提供一种铁电电容的电流退火方法，用于利用以上任一项所述的电流退火结构对铁电电容进行电流退火，所述方法包括：
[0016]在顶电极金属层延伸出两个顶电极PAD；
[0017]在底电极金属层延伸出两个底电极PAD；
[0018]将铁电电容设置于所述顶电极金属层和底电极金属层之间并与所述顶电极金属层和底电极金属层相贴合；以及
[0019]对所述顶电极PAD施加电压脉冲使其流经顶电极金属层产生焦耳热，利用所述焦耳热对所述铁电电容退火。
[0020](三)有益效果
[0021]从上述技术方案可以看出，本公开铁电电容的电流退火结构及方法，至少具有以下有益效果其中之一或其中一部分：
[0022](1)利用传统的热退火工艺对铁电电容器件进行退火处理，通常需要在400
‑
550℃温度下退火1min以上；而采用电流退火技术操作简便，退火速度快，这种简单的电流退火技术具有较低的能量损耗和时间消耗，在铁电电容应用于集成电路的大规模工业生产中具有巨大的潜力；
[0023](2)在传统的热退火工艺下，不能实现有选择地在晶圆内加热。因此在热退火过程中，布局不可避免地会受到不必要高温热的影响。与热退火工艺相比，电流退火具有良好的退火选择性，退火过程不会影响晶圆上的其他布局；利用电流退火技术，有望将铁电电容器件和其余器件集成，在电路方面有更多突破，可以实现铁电电容在更多领域的应用；
[0024](3)利用铁电电容的电流退火技术可以实现信息存储节点的原位加密；例如，基于铁电电容构成的1T1C结构铁电存储单元，多个单元组成阵列后，可通过对指定单元进行电流退火以实现数据非易失性存储，而不退火的存储单元由于铁电电容铁电性能差而无法存储数据，因此可以对整个阵列中指定单元存储数据达到数据加密的效果。
附图说明
[0025]图1为本公开实施例的铁电电容的电流退火结构示意图。
[0026]图2为本公开实施例的电流退火过程中施加电压脉冲示意图。
[0027]图3a为本公开实施例的电流退火后铁电电容电学特性中的极化强度
‑
电压(P
‑
V)示意图。
[0028]图3b为本公开实施例的电流退火后铁电电容电学特性中的电容
‑
电压(C
‑
V)示意图。
[0029]图4为本公开实施例的基于铁电电容的1T1C和1T
‑
1FeCap集成结构示意图。
[0030]图5为本公开实施例的基于铁电电容的电流退火结构的1T
‑
1FeCap存储单元构成存储阵列，通过电流退火技术实现信息原位加密的原理架构示意图。
[0031]【附图中本公开实施例主要元件符号说明】
[0032]10
‑
底电极金属层；20
‑
顶电极金属层；30
‑
铁电电容；
[0033]A、B、C、D
‑
电极PAD
具体实施方式
[0034]本公开提供了一种铁电电容的电流退火结构及方法，通过在铁电电容顶电极两侧施加电压并持续一段时间，利用流经金属层的电流所产生的焦耳热实现铁电电容的退火。
[0035]电流退火技术，即通过在铁电电容顶电极两侧施加电压并持续一段时间，利用流经金属层的电流所产生的焦耳热实现铁电电容的退火。该退火方法操作简便，退火速度快，具有较低的能量损耗和时间消耗，在铁电电容应用于集成电路的大规模工业生产中具有巨大的潜力。
[0036]为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本公开进一步详细说明。
[0037]在本公开实施例中，提供一种铁电电容的电流退火结构，如图1所示，所述铁电电容的电流退火结构，包括：
[0038]顶电极金属层，其设置有延伸而出的两个顶电极PAD；
[0039]底电极金属层，其设置有延伸而出本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种铁电电容的电流退火结构，包括：顶电极金属层，其设置有延伸而出的两个顶电极PAD；底电极金属层，其设置有延伸而出的两个底电极PAD；铁电电容，设置于所述顶电极金属层和底电极金属层之间并与所述顶电极金属层和底电极金属层相贴合；通过对所述顶电极PAD施加电压脉冲使其流经顶电极金属层产生焦耳热，利用所述焦耳热对所述铁电电容退火。2.根据权利要求1所述的铁电电容的电流退火结构，所述铁电电容为氧化铪基铁电电容。3.根据权利要求1所述的铁电电容的电流退火结构，通过对所述底电极PAD施加电压脉冲使其流经底电极金属层产生焦耳热，利用所述焦耳热对所述铁电电容退火。4.根据权利要求1所述的铁电电容的电流退火结构，所述电压脉冲的脉冲幅值和脉冲宽度可调节。5.根据权利要求4所述的铁电电容的电流退火结构，通过调节脉冲幅值和脉冲宽度的值以达到调节所产生的焦耳热的大小。6.根据权利要求5所述的铁电电容的电...

【专利技术属性】
技术研发人员：毕津顺，王健健，韩婷婷，朱伟强，
申请(专利权)人：中国科学院微电子研究所，
类型：发明
国别省市：