铁电存储器及其制作方法技术

在一个保护膜９中形成一个与上置电极１５相通的接触孔，在接触孔中形成一个材料与用于上置电极１５的材料相同的导电体１３，它连着上置电极１５并延伸到接触孔之外。导电体１３通过一个连线层１４电连接于一存储单元晶体管。（*该技术在2018年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种铁电存储器，尤其是含有分别形成于一个半导体基片之上，用来保持被存储信息的一个存储单元晶体管和一个铁电电容器的铁电存储器。近年来，一种铁电存储器取得了显著的技术进步，这种铁电存储器含有一层具有自发极化特性，被用作电容器绝缘膜的铁电薄膜，这种铁电存储器有一个特点，即它能够通过形成于半导体基片上的铁电电容器的极化来存储信息。图4给出了一个单位存储单元的剖视图，该单位存储单元构成现有技术中的一个铁电存储器。如图4所示，作为源/漏区的n+型扩散层8形成于P型硅基片1的表面区内，并且，一个栅电极7通过一层栅绝缘膜形成于P型硅基片1上，由此，构成了一个场效应晶体管(即一个单元晶体管)。该场效应晶体管的一个铝制位线10与作为源极/漏极区的场效应晶体管的其中一个扩散层8相连。借助于一层互连绝缘膜，在此场效应晶体管上，由一个下置电极3、一个铁电薄膜4和一个上置电极5形成一个铁电电容器。通过连线层6，上置电极5连接于场效应晶体管的作为源/漏区的扩散层8的另一个。铁电薄膜4的材料是铅锆钛氧化物(PbZrxTi1-xO3，简写为PZT)、锶铋钽氧化物(SrBi2Ta2O9，简写为SBT)或其它类似的物质。下置电极和上置电极的材质是抗氧化贵金属(如铂)或能够导电的氧化物(如氧化钌)，其原因是，往往有必要在氧化气氛下对已形成的铁电电容器进行退火处理，以稳定电容器的铁电薄膜。至于连线层6，所使用的材料可以是由一个钛层、一个氮化钛层和一个铝层组成的多层结构，因为连线层6需要具备良好的精细加工性能，对硅或二氧化硅的粘合特性以及电阻率特性(即低电阻率)。图5给出了该存储单元的一个等效电路。串联着的一个场效应晶体管Tr和一个铁电电容器Cf构成一个存储单元MC，场效应晶体管Tr的栅电极连接于字线WL；源/漏区之一连接于位结BL；源/漏区的另一个连接于铁电电容器Cf的一个电极。铁电电容器Cf的另一个电极连接于板极线PL，通常情况下，字线WL也起场效应晶体管Tr的栅电极的作用，而板极线PL也起铁电电容器的下置电极的作用。图5所示的存储单元以阵列的形式排列，构成一个大规模永久性存储器。下面，结合图6来说明制作如图4所示的现有技术中的存储单元的制作过程。图6(a)至图6(c)是表示现有技术中的存储单元的制作过程各步骤的剖视图。在硅基片1上形成一层互连绝缘膜，一个半导体集成电路(如存储单元晶体管)埋置于硅基片1中，在此互连绝缘薄膜上形成一个含有下置电极3、铁电薄膜4和上置电极5的铁电电容器；在所有这些之上形成一个保护膜9〔如图6(a)所示〕。如图6(b)所示，形成与电容器的上置电极相通的接触孔和与场效应晶体管的扩散层相通的接触孔。然后，如图6(c)所示，形成连线层，将场效应晶体管的扩散层之一与电容器的上置电极连接起来，并也形成一个位线。之后，在300℃以上的温度条件下进行热处理，这种热处理是一个必要的步骤，用来减小晶体管的接触电阻，稳定阈值电压，消除在大规模集成制造过程中对铁电电容器造成的损坏，等等。然而，现有技术中的存储单元的剩余极化强度显著减弱，从而导致永久性存储器信息存储的持久性显著退化、数据重写寿命显著缩短。导致这一问题的原因是，组成连线层的物质(如钛)沿着晶界扩散透过上置电极，到达铁电薄膜并与铁电薄膜发生化学反应。当在具有图4所示的结构的存储单元上形成保护膜时，也会发生同样的问题。就是说，当使用现有技术中的方法(即在300℃到400℃的基片温度条件下进行等离子体化学气相淀积)形成氮化硅(Si3N4)薄膜时，铁电电容器的品质下降，使得由此形成的铁电存储器的可靠性很低。本专利技术旨在限制由于在形成连线层后进行热处理而引起的铁电电容器品质退化，旨在提高铁电存储器的数据重写寿命及信息存储的持久特性的可靠度。在形成连线层后进行热处理而导致的铁电电容器品质退化的发生是因为，组成连线层的物质(如钛)沿着晶界扩散透过上置电极，到达铁电薄膜并与铁电薄膜发生化学反应。为寻找避免这种现象的对策，人们考虑让组成连线层的材料与组成上置电极的材料是同一种材料。然而，用于铁电电容器上置电极的材料与用于连线层的材料面临不同的性能要求，即是说，形成上置电极之后，为稳定铁电电容器特性之目的在氧化气氛下进行热处理时，或者为消除大规模集成制造过程对铁电电容器造成的损坏之目的在氧化气氛下进行处理时，用于上置电极的材料必须不因被氧化而变成绝缘材料，例如，用于上置电极的材料可以是贵金属(如铂或金)或者是导电的氧化物(如氧化钌)；同时，用于连线层的材料必须具有良好的精细加工性能、与二氧化硅膜的粘合特性及低电阻率特性。因此，将同一种材料用于连线层和上置电极是不合适的。人们也考虑增大上置电极的厚度，以相应地增大连线层与上置电极之间的距离，从而减小连线层材料对铁电薄膜的不利作用(扩散透过上置电极)。但是，增大上置电极厚度使得制作这种上置电极的难度增加，并导致由此形成的铁电电容器的水平高度也增加。结果是出现了一些问题，如，分布于铁电电容器上的连线出现断路，使在铁电电容器上实现无缺陷布线变得很难。与此相反，当铁电电容器的上置电极与场效应晶体管的扩散层之间的电连接是按照本专利技术的附图说明图1所示的方式实现时，即，在形成于保护膜之中与上置电极相通的接触孔的外侧，使连线层与导电体形成一个叠层结构，这就有可能使连线层与上置电极分开至少是等于接触孔深度的一段距离，从而减小由于连线层物质扩散透过上置电极而造成的不利效果。本专利技术提供一种铁电存储器，它含有一个半导体基片、一个形成于该半导体基片上的存储单元晶体管、和一个也形成于该半导体基片上的铁电电容器，其中，所述铁电电容器含有一个下置电极、一个上置电极和夹置于上置电极与下置电极之间的一个铁电薄膜，在此铁电存储器中，一个导电体形成于上置电极上，该导电体连着上置电极，而且该导电体与所述存储单元晶体管之间通过一个连线层实现电连接。本专利技术还提供一种铁电存储器，它含有一个半导体基片、一个形成于该半导体基片上的存储单元晶体管、一个也形成于该半导体基片上的铁电电容器和一层形成于所述铁电电容器之上的保护膜，其中所述铁电电容器含有一个下置电极、一个上置电极和夹置于上置电极与下置电极之间的一个铁电薄膜，在所述保护膜中有一个与上置电极相通的接触孔，铁电电容器与存储单元晶体管通过该接触孔实现电连接，在此铁电存储器中，一个导电体形成于所述接触孔中，该导电体连着上置电极并延伸到接触孔之外，并且该导电体与所述存储单元晶体管之间通过一个连线层实现电连接。本专利技术还提供一种铁电存储器，它含有一个半导体基片、一个形成于该半导体基片上存储单元晶体管、一个也形成于该半导体基片上的铁电电容器和一层形成于所述铁电电容器之上的保护膜，其中，所述铁电电容器含有一个下置电极、一个上置电极和夹置于上置电极与下置电极之间的一个铁电薄膜，在所述保护膜中有一个与铁电电容器相通的接触孔，铁电电容器与存储单元晶体管通过该接触孔实现电连接，在此铁电存储器中，所述上置电极延伸进入接触孔并且又进一步延伸到接触孔之外，上置电极与存储单元晶体管之间通过一个连线层实现电连接。本专利技术还提供一种制作铁电存储器的方法，它包括以下步骤在一个半导体基片上形成一个存储单元晶体管，然后形成一个含有一个下置电极、一个上置电本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种铁电存储器，其特征在于，它含有一个半导体基片、一个形成于所述半导体基片上的存储单元晶体管和一个也形成于所述半导体基片上的铁电电容器，其中，所述铁电电容器含有一个下置电极、一个上置电极和夹置于所述上置电极与所述下置电极之间的一个铁电薄膜，在此铁电存储器中，一个导电体形成于上置电极上，所述导电体连着所述上置电极，而且所述导电体与所述存储单元存储器之间通过一个连线层实现电连接。

【技术特征摘要】
JP 1997-6-10 152439/971.一种铁电存储器，其特征在于，它含有一个半导体基片、一个形成于所述半导体基片上的存储单元晶体管和一个也形成于所述半导体基片上的铁电电容器，其中，所述铁电电容器含有一个下置电极、一个上置电极和夹置于所述上置电极与所述下置电极之间的一个铁电薄膜，在此铁电存储器中，一个导电体形成于上置电极上，所述导电体连着所述上置电极，而且所述导电体与所述存储单元存储器之间通过一个连线层实现电连接。2.如权利要求1所述的铁电存储器，其特征在于，所述导电体主要是由铂、铱、钌、二氧化钌、金或者氮化钛制作而成的。3.如权利要求1所述的铁电存储器，其特征在于，所述上置电极主要是由铂、铱、钌、二氧化钌或者金制作而成的。4.如权利要求1所述的铁电存储器，其特征在于，所述连线层含有钛或钛的化合物。5.如权利要求1所述的铁电存储器，其特征在于，所述铁电薄膜由PbZrxTi1-xO3或者SrBi2Ta2O9制作而成。6.一种铁电存储器，其特征在于，它含有一个半导体基片、一个形成于所述半导体基片上的存储单元晶体管、一个也形成于所述半导体基片上的铁电电容器、和一层形成于所述铁电电容器之上的保护膜，其中，所述铁电电容器含有一个下置电极、一个上置电极和夹置于所述上置电极与所述下置电极之间的一个铁电薄膜，在所述保护膜中有一个与所述上置电极相通的接触孔，所述铁电电容器与所述存储单元晶体管通过所述接触孔实现电连接，在此铁电存储器中，一个导电体形成于所述接触孔中，所述导电体连着所述上置电极并延伸到所述接触孔之外，并且所述导电体与所述存储单元晶体管之间通过一个连线层实现电连接。7.如权利要求6所述的铁电存储器，其特征在于，所述导电体主要是由铂、铱、钌、二氧化钌、金或者氮化钛制作而成的。8.如权利要求6所述的铁电存储器，其特征在于，所述上置电极主要是由铂、铱、钌、二氧化钌或者金制作而成。9.如权利要求6所述的铁电存储器，其特征在于，所述连线层含有钛或钛的化合物。10.如权利要求6所述的铁电存储器，其特征在于，所述铁电薄膜由PbZrxTi1-xO3或者SrBi2Ta2O9制作而成。11.一种铁电存储器，其特征在于，它含有一个半导体基片、一个形成于所述半导体基片上的存储单元晶体管、一个也形成于所述半导体基片上的铁电电容器、和...

【专利技术属性】
技术研发人员：筱原壮太，
申请(专利权)人：日本电气株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]