一种铁电电容器及其制备方法与流程

本发明属于存储，涉及一种铁电电容器及其制备方法。

背景技术：

1、随着世界不断向信息数字化方向快速发展，数据的容量、可靠性和安全性变得至关重要。存储材料是数据的载体，合适的存储材料对未来的信息传播至关重要。作为存储材料之一，铁电材料可以以两种或两种以上的极化状态存在，在去除外加店家后蒙贴点材料可以保持非零的剩余极化(pr)状态。基于此开发出的铁电存储器是目前新型存储器中最热门的研究方向之一。理想的存储器应该是具有商业化的dram(动态随机存储器)那样的高密度，静态随机存储器(sram)那样的高运行速度，并且像闪存(nand)那样在没有电源的的情况下依然能保存信息(非易失性)，而铁电存储器恰好满足这些特征。但是由于传统铁电材料的限制，无法实现大规模制造和高密度集成，所以传统铁电材料存储器发展缓慢。目前仍然采用大于100nm的半导体工艺。随着hfo2(氧化铪)基铁电性的发现，为铁电存储器的突破带来了希望，hfo2(氧化铪)铁电材料突出特点是与cmos兼容性强，且纳米厚度下铁电性不受限，于超薄膜厚下，仍然具备铁电性。因此hfo2基铁电材料成为当前研究的热点。

2、铁电存储器相对于一般的dram以及flash等产品，最大的一个弊端是存储器容量不足，过去采用pzt(钙钛矿材料)铁电材料时，由于材料特性限制(纳米级厚度铁电性大幅减弱)，因此只能做平面电容结构。随着hfo2(氧化铪基铁电材料)材料的应用，目前已经可以尝试做一些2.5d的电容结构，但是其存储量相较目前比较成熟的存储产品来说，容量还是太小，所以如何进一步提升存储容量是铁电存储器能否大规模应用的关键

3、另现有工艺方案中，下电极金属薄膜与铁电层薄膜都是通过无掩膜直接刻蚀的，这种利用刻蚀微负载效应导致的孔内与晶圆表面刻蚀速率差异来实现移除晶圆表面铁电薄膜，保留孔内铁电薄膜的方式，虽然可以实现刻蚀效果，但是无法精确控制cell孔内铁电薄膜剩余薄膜和均匀性，因此会导致电容的电性的不均匀性，这也是需要克服的一个方面。

技术实现思路

1、为解决现有技术中存在的技术问题，本发明提供一种铁电电容器，该铁电电容器采用双面电容结构，能够在单位面积内拥有更大的容量，或在相同的容量下占用的更小的面积，从而实现更高密度存储单元排布。

2、为达到上述技术效果，本发明采用以下技术方案：

3、本发明目的之一在于提供一种铁电电容器，所述铁电电容器包括电极底座；

4、所述电极底座上方设置有至少2个第一上电极；

5、所述第一上电极为柱形，所述第一上电极的外壁和底部设置有第一铁电薄膜，所述第一铁电薄膜的外壁和底部设置有下电极；

6、第二上电极；

7、所述第二上电极包括第一子结构和第二子结构

8、相邻的所述第一上电极之间为中空结构，所述中空结构填充有所述第二上电极的第一子结构；

9、所述第一上电极的顶部设置有所述第二上电极的第二子结构；

10、所述第二上电极的第一子结构外壁和底部以及所述第二上电极的第二子结构底部设置有连续的第二铁电薄膜，所述第二铁电薄膜与所述下电极相连接，所述第二铁电薄膜与所述电极底座间设置有第一介质层。

11、其中，第一上电极的个数可以是2个、5个、10个、15个、20个、50个、80个或100个等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

12、作为本发明优选的技术方案，所述第二上电极的第二子结构设置有贯通孔，所述贯通孔与所述第一上电极对应设置。

13、作为本发明优选的技术方案，所述贯通孔的底部面积小于所述第一上电极的底部面积。

14、作为本发明优选的技术方案，所述贯通孔以及所述第二上电极的第二子结构顶部设置有上电极连接结构。

15、作为本发明优选的技术方案，所述第一上电极和第二上电极通过所述上电极连接结构相连接。

16、作为本发明优选的技术方案，所述铁电电容器包括电极底座，所述电极底座与所述下电极之间设置有隔离层。

17、作为本发明优选的技术方案，所述第一上电极和第二上电极的的材质分别独立地为钨。

18、本发明目的之二在于提供一种目的之一提供的铁电电容器的制备方法，所述制备方法包括：

19、在电极底座表面沉积第一介质层、二氧化硅层和第二介质层；

20、对所述第一介质层、二氧化硅层和第二介质层进行第一打孔处理，得到柱形孔；

21、在所述柱形孔内部依次沉积下电极层、第一铁电薄膜层和第一上电极；

22、所述第二介质层上方的下电极层、第一铁电薄膜层和第一上电极进行第一研磨处理；

23、将所述二氧化硅层和第二介质层进行移除，并依次沉积第二铁电薄膜和第二上电极；

24、对所述第二上电极进行第二研磨处理以及高温退火处理得到所述铁电电容器。

25、作为本发明优选的技术方案，在沉积所述第一介质层前，在所述电极底座表面制备隔离层。

26、作为本发明优选的技术方案，在对应所述第一上电极的位置，对所述第二上电极进行第二打孔处理，得到贯通孔；

27、在所述贯通孔内部和第二上电极上方沉积上电极连接结构。

28、与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：

29、(1)本发明提供一种铁电电容器，通过铁电电容器上电极材料的替换，tin(氮化钛)→w(钨)，改变了上电极的薄膜应力，在进行退火过程中，铁电薄膜更有利于形成铁电相，从而增加铁电薄膜的剩余极性，能够在单位面积内实现更高密度的铁电电容排布；

30、(2)本发明提供一种铁电电容器，能够在单位面积内拥有更大的容量，或在相同的容量下占用的更小的面积，从而实现更高密度存储单元排布；

31、(3)本发明提供一种铁电电容器的制备方法，可以同时移除晶圆表面的上电极以及铁电薄膜，从而取代原有的无掩膜刻蚀工艺，避免cell孔内铁电薄膜由于无掩膜刻蚀带来的剩余薄膜厚度不均的问题，提高了整体均一性。

技术特征：

1.一种铁电电容器，其特征在于，所述铁电电容器包括电极底座；

2.根据权利要求1所述的铁电电容器，其特征在于，所述第二上电极的第二子结构设置有贯通孔，所述贯通孔与所述第一上电极对应设置。

3.根据权利要求2所述的铁电电容器，其特征在于，所述贯通孔的底部面积小于所述第一上电极的底部面积。

4.根据权利要求2所述的铁电电容器，其特征在于，所述贯通孔以及所述第二上电极的第二子结构顶部设置有上电极连接结构。

5.根据权利要求4所述的铁电电容器，其特征在于，所述第一上电极和第二上电极通过所述上电极连接结构相连接。

6.根据权利要求1所述的铁电电容器，其特征在于，所述铁电电容器包括电极底座，所述电极底座与所述下电极之间设置有隔离层。

7.根据权利要求1所述的铁电电容器，其特征在于，所述第一上电极和第二上电极的的材质分别独立地为钨。

8.一种权利要求1-7任一项所述的铁电电容器的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：

9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，在沉积所述第一介质层前，在所述电极底座表面制备隔离层。

10.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，在对应所述第一上电极的位置，对所述第二上电极进行第二打孔处理，得到贯通孔；

技术总结本发明提供一种铁电电容器及其制备方法，该铁电电容器包括电极底座；所述电极底座上方设置有第一上电极，第一上电极为柱形，第一上电极的外壁和底部设置有第一铁电薄膜，第一铁电薄膜的外壁和底部设置有下电极；第二上电极；第二上电极包括第一子结构和第二子结构相邻的第一上电极之间为中空结构，中空结构填充有第二上电极的第一子结构；第一上电极的顶部设置有第二上电极的第二子结构；第二上电极的第一子结构外壁和底部以及所述第二上电极的第二子结构底部设置有连续的第二铁电薄膜，第二铁电薄膜与下电极相连接，第二铁电薄膜与所述电极底座间设置有第一介质层。该铁电电容器采用双面电容结构，能够实现更高密度存储单元排布。技术研发人员：许占齐,吕震宇,王宇,袁旭受保护的技术使用者：温州核芯智存科技有限公司技术研发日：技术公布日：2024/7/29