[发明专利]一种铁电存储器的结构及其制造方法

说明书

本发明公开一种铁电存储器，包括第一电极层；设置在第一电极层上方的第一界面层，其中，第一界面层的晶粒尺寸小于第一电极层的晶粒尺寸；设置在第一界面层上方的铁电材料层；设置在铁电材料层上方的第二界面层；以及设置在第二界面层上方的第二电极层，其中，第二界面层的晶粒尺寸小于第二电极层的晶粒尺寸。

技术领域

本发明涉及铁电存储技术领域，特别涉及一种铁电存储器的结构及其制造方法。

背景技术

铁电存储器是一种特殊工艺的非易失性的存储器。当电场被施加到铁晶体管时，中心原子顺着电场停在第一低能量状态位置，而当电场反转被施加到同一铁晶体管时，中心原子顺着电场的方向在晶体里移动并停在第二低能量状态。大量中心原子在晶体单胞中移动耦合形成铁电畴，铁电畴在电场作用下形成极化电荷。铁电畴在电场下反转所形成的极化电荷较高，铁电畴在电场下无反转所形成的极化电荷较低，这种铁电材料的二元稳定状态使得铁电可以作为存储器。

当移去电场后，中心原子处于低能量状态保持不动，存储器的状态也得以保存不会消失，因此可利用铁电畴在电场下反转形成高极化电荷，或无反转形成低极化电荷来判别存储单元是在“1”或“0”状态。铁电畴的反转不需要高电场，仅用一般的工作电压就可以改变存储单元是在“1”或“0”的状态；也不需要电荷泵来产生高电压数据擦除，因而没有擦写延迟的现象。这种特性使铁电存储器在掉电后仍能够继续保存数据，写入速度快且具有无限次写入寿命，不容易写坏。并且，与现有的非易失性内存技术比较，铁电存储器具有更高的写入速度和更长的读写寿命。

铁电性是铁电存储器的一个关键因素。具有较好结晶度、较低缺陷的薄膜和材料将显著改进铁电存储器的铁电性，从而获得更好的器件性能。

图1示出现有技术的铁电存储器的结构的截面示意图。如图1所示，铁电存储器100包括第一电极层110、铁电材料层120和第二电极层130。铁电材料层120夹在第一电极层110和第二电极层130之间。第一电极层110和第二电极层130可以是采用物理气相沉积形成的氮化钛薄膜。铁电材料层120可以是采用物理气相沉积形成的铁电氧化物。

现有技术中采用物理气相沉积氮化钛薄膜/铁电材料层/物理气相沉积氮化钛薄膜这样的复合结构，这种结构有可能会造成铁电材料层的上下界面受到等离子体轰击从而产生损伤和缺陷，并且氮化钛和铁电氧化物层之间需要切换工艺设备，会有表面破真空氧化的问题，也会产生界面缺陷，对铁电存储器的可靠性不利。

发明内容

针对现有技术中的部分或全部问题，本发明一方面提供一种铁电存储器的结构，包括：

第一电极层；

设置在所述第一电极层上方的第一界面层，其中，所述第一界面层的晶粒尺寸小于所述第一电极层的晶粒尺寸；

设置在所述第一界面层上方的铁电材料层；

设置在所述铁电材料层上方的第二界面层；以及

设置在所述第二界面层上方的第二电极层，其中，所述第二界面层的晶粒尺寸小于所述第二电极层的晶粒尺寸。

进一步地，所述第一电极层和/或第一界面层和/或第二界面层和/或第二电极层包括以下材料中的一种或多种：TiN、TiSiNx、TiAlNx、TaNx、TaSiNx、TaAlNx、WNx、WSix、WCx、TaSiNx、Ru、RuOx、Ir、IrOx或这些材料的复合。

进一步地，所述铁电材料层包括以下材料中的一种或多种：HfOx、AlOx、ZrOx、LaOx、TaOx、NbOx、GdOx、YOx、SiOx、SrOx或这些材料的复合。

进一步地，所述第一电极层和/或第二电极层的晶粒尺寸大于10纳米。

进一步地，所述第一界面层和/或第二届满层的晶粒尺寸小于10纳米。