[发明专利]铁电存储器及制造方法及包括铁电存储器的电子设备

说明书

本公开提供一种铁电存储器的制造方法，包括：在衬底上形成依次叠设的底电极和铁电层，其中，铁电层为掺杂的氧化铪基铁电层；在铁电层上形成顶电极，其中，所述顶电极为氮化钛材料的顶电极，在形成顶电极的过程中，通过调节氮气的流量，以调节顶电极中氮原子和钛原子的比率。该制造方法可以改善铁电存储器疲劳特性并提高铁电存储器的耐久性。本公开还提供一种铁电存储器及包括铁电存储器的电子设备。

技术领域

本公开涉及半导体领域，特别涉及一种铁电存储器及制造方法及包括 铁电存储器的电子设备。

背景技术

铁电存储器是一种新型的非易失性存储器技术，由于其具有高速读写、 高密度存储、低功耗和抗辐射等独特优势，有潜力替代目前市场上的相关 存储器件。新型氧化铪(HfO₂)铁电材料的出现更解决了如锆钛酸铅(PZT)、 锶铋钽(STB)等传统铁电材料与集成电路工艺(CMOS)兼容性很差的 问题，并使得铁电存储器尺寸继续微缩，提高了存储密度。但是氧化铪基 铁电存储器具有疲劳特性和耐久性差的问题。

发明内容

有鉴于此，本公开的目的至少部分地在于提供一种降低铁电存储器的 泄漏电流和铁电层产生的氧空位缺陷浓度，并提高铁电存储器发生击穿现 象前的循环次数的铁电存储器及制造方法及包括铁电存储器的电子设备。

根据本公开的一方面，提供一种铁电存储器的制造方法，包括：在衬 底上形成依次叠设的底电极和铁电层，其中，铁电层为掺杂的氧化铪基铁 电层；在铁电层上形成顶电极，其中，顶电极为氮化钛材料的顶电极，在 形成顶电极的过程中，通过调节氮气的流量，以调节顶电极中氮原子和钛 原子的比率。

根据本公开的实施例，在衬底上形成依次叠设的底电极和铁电层之前， 方法还包括：对衬底进行预处理，以在衬底上形成沟槽电容阵列。

根据本公开的实施例，其中，采用离子束溅射法在铁电层上形成顶电 极。

根据本公开的实施例，其中，离子束溅射法采用氩气作为离子种类， 氮气的流量占氮气与氩气总流量的20％～80％。

根据本公开的实施例，其中，采用离子束溅射法或原子层沉积法或物 理气相沉积法或者化学气相沉积法制备底电极或铁电层。

根据本公开的实施例，其中，以TiCl₄和NH₃分别作为Ti和N前驱体， 制备TiN材料的底电极。

根据本公开的实施例，其中，制备掺杂有Zr、Si、Al、Y、Gd、La、 Sr、Fe、Ce、Ta中的至少一种的氧化铪薄膜作为铁电层。

根据本公开的实施例，其中，在温度为260℃～280℃的条件下，沉积 厚度为8nm～15nm的铁电层。

根据本公开的实施例，其中，底电极和顶电极的厚度为10nm～40nm。

根据本公开的实施例，方法还包括：在所述顶电极上形成惰性电极； 在氮气气氛中，温度300℃～600℃的条件下，对所述铁电存储器进行退火。

根据本公开的实施例，在铁电层上形成顶电极之后，方法还包括：选 择性去除部分顶电极。

根据本公开另一方面，提供一种铁电存储器，铁电存储器基于上述制 造方法制造，包括：衬底，衬底表面为平整面或衬底上形成有沟槽电容器 阵列；依次叠设于沟槽电容器阵列上的底电极、铁电层和顶电极，其中， 铁电层为氧化铪基铁电层，顶电极为氮化钛材料的顶电极，顶电极中氮原 子和钛原子的比率含量介于第一阈值与第二阈值之间，以降低铁电存储器 的泄漏电流和氧化铪基铁电层产生的氧空位缺陷浓度。

根据本公开的另一方面提供一种电子设备，包括上述铁电存储器。

根据本公开的另一方面提供，包括智能电话、计算机、平板电脑、可 穿戴智能设备、人工智能设备、移动电源。