[发明专利]铁电随机存取存储器(FeRAM)器件及其形成方法

说明书

方法包括形成底部电极层，以及在底部电极层上方沉积第一铁电层。第一铁电层是非晶的。在第一铁电层上方沉积第二铁电层，并且第二铁电层具有多晶结构。该方法还包括在第二铁电层上方沉积第三铁电层，其中，第三铁电层是非晶的，在第三铁电层上方沉积顶部电极层，以及图案化顶部电极层、第三铁电层、第二铁电层、第一铁电层和底部电极层，以形成铁电随机存取存储器单元。本申请的实施例还涉及铁电随机存取存储器(FeRAM)器件及其形成方法。

技术领域

本申请的实施例涉及铁电随机存取存储器(FeRAM)器件及其形成方法。

背景技术

铁电随机存取存储器(FeRAM)是采用铁电层来存储状态(“0”或“1”)的存储器件。二进制“0”和“1”以两种可能的电极化中的一种存储在每个数据存储单元中。

FeRAM的写入操作是通过对横跨铁电层施加电场对铁电层任一侧的电极进行充电，迫使铁电层内部的原子向“上”或“下”定向(取决于电荷的极性)，从而存储“1”或“0”来完成。

在FeRAM单元的读取操作中，该FeRAM单元被迫使进入选择状态，例如“0”。如果该单元已经保持“0”，则没有脉冲产生。如果该FeRAM 保持“1”，则铁电层中的原子的重新定向将引起短暂的电流脉冲。该脉冲的存在意味着该单元保持为“1”。由于这个工艺将覆写该单元，因此读取 FeRAM是破坏性工艺，需要对该单元进行重新写入。

发明内容

本申请的一些实施例提供了一种形成铁电随机存取存储器器件的方法，包括：形成底部电极层；在所述底部电极层上方沉积第一铁电层，其中，第一铁电层是非晶的；在所述第一铁电层上方沉积第二铁电层，其中，所述第二铁电层具有多晶结构；在所述第二铁电层上方沉积第三铁电层，其中，所述第三铁电层是非晶的；在所述第三铁电层上方沉积顶部电极层；以及图案化所述顶部电极层、所述第三铁电层、所述第二铁电层、所述第一铁电层和所述底部电极层，以形成铁电随机存取存储器(FeRAM)单元。

本申请的另一些实施例提供了一种铁电随机存取存储器器件，包括：铁电随机存取存储器(FeRAM)单元，包括：底部电极；层叠铁电层，所述层叠铁电层包括：第一非晶铁电层，位于所述底部电极上方；第一多晶铁电层，位于所述第一非晶铁电层上方；第二非晶铁电层，位于所述第一多晶铁电层上方；和第二多晶铁电层，位于所述第二非晶铁电层上方；以及顶部电极，位于所述第二多晶铁电层上方。

本申请的又一些实施例提供了一种铁电随机存取存储器器件，包括：底部电极；第一多个铁电层，位于所述底部电极上方，其中，所述第一多个铁电层由具有第一结晶温度的第一材料形成；第二多个铁电层，位于所述底部电极上方，其中，所述第一多个铁电层和所述第二多个铁电层交替堆叠，并且其中，所述第二多个铁电层由具有第二结晶温度的第二材料形成；并且所述第二结晶温度低于所述第一结晶温度；以及顶部电极，位于所述第一多个铁电层和所述第二多个铁电层上方。

附图说明

当结合附图进行阅读时，从以下详细描述可最佳理解本发明的各个方面。应该指出，根据工业中的标准实践，各个部件未按比例绘制。实际上，为了清楚的讨论，各个部件的尺寸可以任意地增大或减小。

图1至图6示出了根据一些实施例的包括层叠铁电层的铁电随机存取存储器(FeRAM)的形成中的中间阶段的截面图。

图7A、图7B、图8A、图8B、图9A、图9B、图10A和图10B示出了根据一些实施例的包括两个交替层的层叠铁电层的形成中的中间阶段的截面图。

图11示出了根据一些实施例的低结晶温度材料的核。

图12示出了根据一些实施例的包括三个交替层的层叠铁电层。

图13示出了根据一些实施例的作为原子层沉积(ALD)循环数量的函数的铁电层的O-相强度。

图14和图15分别示出了根据一些实施例的均质铁电层和层叠铁电层的电容-电压(CV)曲线对比。