[发明专利]铁电电容的电流退火结构及方法

说明书

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。

技术领域

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

背景技术

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。

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。

发明内容

(一)要解决的技术问题

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。

(二)技术方案

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。

根据本公开实施例，所述铁电电容为氧化铪基铁电电容。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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：

在顶电极金属层延伸出两个顶电极PAD；