铁电薄膜电容的结构和制备方法技术

本申请实施例提供了一种铁电薄膜电容以及铁电薄膜电容的制备方法，本申请提供的铁电存储电容的结构，包括：第一金属电极；第二金属电极；铁电层，所述铁电层设置于所述第一金属电极和所述第二金属电极之间；其中，所述铁电层的材料为锆掺杂二氧化铪材料，所述锆掺杂二氧化铪材料中掺杂有氮元素，该铁电薄膜电容通过在锆掺杂二氧化铪铁电层中原位注入氮元素，可以钝化薄膜沉积过程中受高温影响产生的氧空位；此外，在铁电薄膜电容使用过程中，可以于铁电层内部通过填补氧空位的方式减少电缺陷，从而改善由于氧空位累积导致的铁电薄膜印记效应和击穿现象，提高铁电薄膜电容的性能以及使用寿命。使用寿命。使用寿命。

【技术实现步骤摘要】
铁电薄膜电容的结构和制备方法


[0001]本申请实施例涉及半导体器件
，尤其涉及一种铁电薄膜电容的结构和制备 方法。

技术介绍

[0002]随着电子技术的发展，数据存储技术得到了快速的提升。铁电随机存储器(FRAM， ferroelectric random access memory)(也称为“铁电存储器”)，由于具有较快的读写速度、 非易失性等特点，得到了广泛的关注。FRAM是利用铁电材料特有的非易失电学特性进 行数据保存的器件。锆掺杂二氧化铪(HfZrOx)铁电材料因其结晶温度低、集成度高、兼容 CMOS工艺等优势，成为研究方向。
[0003]然而，现有FRAM技术中，FRAM中用于存储数据的铁电薄膜电容，通常是在两个 金属电极中间设置铁电薄膜而形成的，也即“金属
‑
铁电层
‑
金属”的三明治结构。在该结构 中，当铁电层采用锆掺杂二氧化铪铁电薄膜时，在电场、高温等作用下，锆掺杂二氧化铪 铁电薄膜与金属易发生氧化反应，致使金属与铁电层的接触面和铁电层内部产生氧空位， 长时间的氧空位积累，导致锆掺杂二氧化铪铁电薄膜的极化翻转电压偏移或者击穿等问 题。由此，当FRAM中采用锆掺杂二氧化铪铁电薄膜时，如何提高铁电薄膜电容的稳固 性成为需要解决的问题。

技术实现思路

[0004]通过采用本申请所示的铁电薄膜电容的结构和制备方法，可以提高提高铁电薄膜电 容的性能以及使用寿命。
[0005]为达到上述目的，本申请采用如下技术方案：
[0006]第一方面，本申请实施例提供一种铁电薄膜电容的结构，该铁电薄膜电容的结构包括： 第一金属电极；第二金属电极；铁电层，所述铁电层设置于所述第一金属电极和所述第 二金属电极之间；其中，所述铁电层的材料为锆掺杂二氧化铪材料，所述锆掺杂二氧化 铪材料中掺杂有氮元素。
[0007]本申请实施例提供的铁电薄膜电容，该铁电薄膜电容通过在锆掺杂二氧化铪铁电层 中原位注入氮元素，可以钝化薄膜沉积过程中受高温影响产生的氧空位；此外，在铁电 薄膜电容使用过程中，可以于铁电层内部通过填补氧空位的方式减少电缺陷，从而改善 由于氧空位累积导致的铁电薄膜印记效应和击穿现象，提高铁电薄膜电容的性能以及使 用寿命。
[0008]在一种可能的实现方式中，所述铁电层中靠近所述第一金属电极侧的第一区域掺杂 所述氮元素的浓度，高于所述铁电层中远离所述第一金属电极侧的第二区域掺杂所述氮 元素的浓度。
[0009]在一种可能的实现方式中，所述铁电层中靠近所述第二金属电极侧的第三区域掺杂 所述氮元素的浓度，高于所述第二区域掺杂所述氮元素的浓度。
[0010]通常，铁电层中与第一金属电极和第二金属电极接触的边缘区域，氧空位浓度高、 氧离子失散多；铁电层内部、远离金属电极的区域，氧空位浓度低、氧离子失散较少。从 而，本申请实施例中，将铁电层中靠近第一金属电极和第二金属电极的区域掺杂较高浓 度的N元素，以填补高浓度的氧空位，铁电层中远离第一金属电极和第二金属电极的区 域掺杂较低浓度的N元素，以填补低浓度的氧空位。
[0011]在一种可能的实现方式中，所述第一区域和所述第二区域之间还设置有第四区域， 所述第四区域中未掺杂所述氮元素。
[0012]在一种可能的实现方式中，所述第二区域和所述第三区域之间还设置有第五区域， 所述第五区域中未掺杂所述氮元素。
[0013]在一种可能的实现方式中，所述第一金属电极和所述第二金属电极的材料为氮化钛。
[0014]第二方面，本申请实施例提供一种用于制备铁电薄膜电容的方法，该方法包括：采用 原子沉积工艺，制备第一金属电极；在所述第一金属电极之上形成铁电层，其中，所述铁 电层的材料为锆掺杂二氧化铪材料、且所述锆掺杂二氧化铪材料中掺杂有氮元素；在所 述第一金属电极之上形成第二金属电极。
[0015]在一种可能的实现方式中，所述在所述第一金属电极之上形成铁电层，包括：在所述 第一金属电极的表面沉积第一锆掺杂二氧化铪铁电薄膜，所述第一锆掺杂二氧化铪铁电 薄膜中掺杂有第一浓度的氮元素；在所述第一锆掺杂二氧化铪铁电薄膜的表面沉积第二 锆掺杂二氧化铪铁电薄膜，所述第一锆掺杂二氧化铪铁电薄膜中未掺杂氮元素；在所述 第二锆掺杂二氧化铪铁电薄膜的表面沉积第三锆掺杂二氧化铪铁电薄膜，所述第三锆掺 杂二氧化铪铁电薄膜中掺杂有第二浓度的氮元素；在所述第三锆掺杂二氧化铪铁电薄膜 的表面沉积第四锆掺杂二氧化铪铁电薄膜，所述第四锆掺杂二氧化铪铁电薄膜中未掺杂 氮元素；在所述第四锆掺杂二氧化铪铁电薄膜的表面沉积第五锆掺杂二氧化铪铁电薄膜， 所述第五锆掺杂二氧化铪铁电薄膜中掺杂有所述第一浓度的氮元素。
[0016]在一种可能的实现方式中，所述第一金属电极和所述第二金属电极的材料为氮化钛。
[0017]第三方面，本申请实施例提供一种铁电存储器，该铁电存储器包括呈阵列排布的多 个存储单元；所述多个存储单元中的每一个存储单元包括晶体管以及如第一方面所述的 铁电薄膜电容。
附图说明
[0018]为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例的描述中所需 要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施 例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些 附图获得其他的附图。
[0019]图1A～图1B是现有技术中铁电薄膜电容的结构；
[0020]图2是本申请实施例提供的铁电薄膜电容的一个结构示意图；
[0021]图3是本申请实施例提供的用于制备如图2所示的铁电薄膜电容的一个工艺流程示 意图；
[0022]图4是本申请实施例提供的铁电薄膜电容的又一个结构示意图；
[0023]图5是本申请实施例提供的用于制备如图4所示的铁电薄膜电容的一个工艺流程示 意图；
[0024]图6是本申请实施例提供的铁电存储器的一个结构示意图。
具体实施方式
[0025]下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整 地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申 请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实 施例，都属于本申请保护的范围。
[0026]本文所提及的"第一"、"第二"以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性， 而只是用来区分不同的组成部分。同样，"一个"或者"一"等类似词语也不表示数量限制， 而是表示存在至少一个。
[0027]在本申请实施例中，“示例性的”或者“例如”等词用于表示例子、例证或说明。本申请 实施例中被描述为“示例性的”或者“例如”的任何实施例或设计方案不应被解释为比其它 实施例或设计方案更优选或更具优势。确切而言，使用“示例性的”或者“例如”等词旨在以 具体方式呈现相关概念。在本申请实施例的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是指两 个或两个以上。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种铁电薄膜电容的结构，其特征在于，包括：第一金属电极；第二金属电极；铁电层，所述铁电层设置于所述第一金属电极和所述第二金属电极之间；其中，所述铁电层的材料为锆掺杂二氧化铪材料，所述锆掺杂二氧化铪材料中掺杂有氮元素。2.根据权利要求1所述的结构，其特征在于，所述铁电层中靠近所述第一金属电极侧的第一区域掺杂所述氮元素的浓度，高于所述铁电层中远离所述第一金属电极侧的第二区域掺杂所述氮元素的浓度。3.根据权利要求2所述的结构，其特征在于，所述铁电层中靠近所述第二金属电极侧的第三区域掺杂所述氮元素的浓度，高于所述第二区域掺杂所述氮元素的浓度。4.根据权利要求2所述的结构，其特征在于，所述第一区域和所述第二区域之间还设置有第四区域，所述第四区域中未掺杂所述氮元素。5.根据权利要求3所述的结构，其特征在于，所述第二区域和所述第三区域之间还设置有第五区域，所述第五区域中未掺杂所述氮元素。6.根据权利要求1
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3任一项所述的结构，其特征在于，所述第一金属电极和所述第二金属电极的材料为氮化钛。7.一种用于制备铁电薄膜电容的方法，其特征在于，包括：采用原子沉积工艺，制备第一金属电极；在所述第一金属电极之上形成铁电层，其中，所述铁电层的材料为锆掺杂二氧化...

【专利技术属性】
技术研发人员：张禹，张恒，于方舟，李悦，孙一鸣，张敏，
申请(专利权)人：华为技术有限公司，
类型：发明
国别省市：