一种铁电存储器的制备方法

本发明属于半导体存储器，具体涉及一种铁电存储器的制备方法。

背景技术：

1、存储器是电子信息处理系统中不可或缺的组成部分。在过去，依靠cmos工艺的不断进步，存储器的性能得以不断提高。但近年来，一方面，尺寸微缩导致的晶体管漏电问题越来越严重，在增大存储器功耗的同时，恶化了存储单元的保持特性，存储器的发展遇到较为明显的瓶颈；另一方面，人工智能和物联网等领域的快速发展又对存储器的容量、速度以及功耗等性能指标提出了更高的要求。在这样的背景下，由于嵌入式铁电随机存取存储器(embedded ferroelectric random access memory，eferam)具有非易失、高密度、低功耗以及读取速度快等特点，可提高系统的整体性能，因此，嵌入式铁电随机存取存储器在近年来备受关注。

2、铁电存储器有两种不同的极化状态，且两种极化状态均可在电压激励撤去后保持。给铁电存储器施加外加电压激励，两种不同极化状态的响应电荷量不同。定义两种不同极化状态分别代表“0”和“1”，可以实现数据的非易失性存储。如果将铁电存储器集成在阵列上，通过给不同极化状态的铁电存储器施加电压，并收集响应电荷带来的电压变化，可以以很低的代价、很高的速度来实现存储功能。但是，铁电存储器制备常采用光刻和刻蚀的方法进行图形化，但是cmos后道工艺的铜互连线与几乎所有刻蚀气体生成的反应物均为非挥发性物质，从而带来污染金属互连线的问题。因此，如何在cmos后道工艺中集成铁电存储器成为了一个急需解决的问题。

技术实现思路

1、针对以上现有技术中存在的问题，本发明提出一种铁电存储器的制备方法，通过专门设计的工艺流程将铁电存储器的制备集成进入传统cmos后道工序中，通过调整原有的通孔工艺，解决了铁电存储器图形化带来的刻蚀污染问题。

2、本发明采用的技术方案如下：

3、一种铁电存储器的制备方法，具体包括以下步骤：

4、(1)选取一块已经制备cmos阵列和电路的硅晶圆作为衬底；

5、(2)用化学气相沉积(cvd)的方法在衬底上生长阻挡层和填充层；

6、(3)光刻、刻蚀通孔位置，具体方法是用反应离子刻蚀(rie)的方法刻蚀填充层，然后用缓冲氢氟酸漂洗残余填充层与刻蚀反应物，然后用热磷酸腐蚀暴露在表面的阻挡层，然后用缓冲氢氟酸漂洗腐蚀反应物；

7、(4)生长淀积层、填充金属层并通过化学机械抛光的方法将表面平整化；

8、(5)生长下电极层、铁电层、上电极层；

9、(6)通过光刻和反应离子刻蚀(rie)的方法图形化铁电电容叠层；

10、(7)用化学气相沉积(cvd)的方法生长阻挡层材料，然后通过光刻和反应离子刻蚀(rie)的方法形成铁电电容器的保护层；

11、(8)用化学气相沉积(cvd)的方法生长填充层并通过化学机械抛光的方法将表面平整化；

12、(9)通过光刻和反应离子刻蚀(rie)的方法图形化非铁电存储器部分金属互连线与通孔的位置；

13、(10)生长淀积层、填充金属层并通过化学机械抛光的方法将表面平整化；

14、(11)用化学气相沉积(cvd)的方法生长阻挡层；

15、(12)退火；

16、(13)进入cmos后道工序。

17、进一步，所述填充层材料是二氧化硅、氟掺杂二氧化硅、碳掺杂二氧化硅、多孔二氧化硅或是其他介电常数不大于二氧化硅的介电材料，厚度在80nm到500nm之间。

18、进一步，所述阻挡层材料是氮化硅、碳掺杂氮化硅、硼掺杂氮化硅或者其他元素掺杂的氮化硅材料。

19、进一步，所述金属层材料是铜或者钨。

20、进一步，所述淀积层材料是钛、氮化钛、铜叠层材料，或者钽、氮化钽、钨叠层材料。

21、进一步，所述上电极材料是金属材料氮化钛、氮化钽或钨，或者是钛、氮化钛组成的叠层材料，或者是钽、氮化钽组成的叠层材料。

22、进一步，所述下电极材料是金属材料氮化钛、氮化钽或钨，或者是钛、氮化钛组成的叠层材料，或者是钽、氮化钽组成的叠层材料。

23、进一步，所述铁电层材料为氧化锆或者杂质掺杂氧化铪材料：铪锆氧、铪铝氧、铪硅氧，或者是氧化锆、杂质掺杂氧化铪材料组成的叠层材料。

24、进一步，所述步骤中生长淀积层材料的方法为磁控溅射(sputter)、化学气相沉积(cvd)或者原子层沉积(ald)。

25、进一步，所述步骤中生长、填充下电极层、上电极层材料的方法为磁控溅射(sputter)、化学气相沉积(cvd)或者原子层沉积(ald)。

26、进一步，所述步骤中生长铁电材料的方法为原子层沉积(ald)。

27、进一步，所述步骤中填充金属层材料的方法为电镀(electroplate)。

28、进一步，所述步骤中退火可以是快速热退火(rta)、炉管退火(furnace)、激光退火(laser)或者尖峰退火(spike)中的一种或者几种退火方式的组合。

29、本发明提出一种铁电存储器的制备方法，将铁电存储器的制备集成进入传统cmos后道工序中。通过调整原有的通孔工艺，利用形成通孔的填充层隔离铁电存储器与金属互连线，解决了铁电存储器图形化带来的刻蚀污染问题。

技术特征：

1.一种铁电存储器的制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤：

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述填充层材料是二氧化硅、氟掺杂二氧化硅、碳掺杂二氧化硅、多孔二氧化硅或是其他介电常数不大于二氧化硅的介电材料，厚度在80nm到500nm之间。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述阻挡层材料是氮化硅、碳掺杂氮化硅、硼掺杂氮化硅或者其他元素掺杂的氮化硅材料。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述金属层材料是铜或者钨。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述淀积层材料是钛、氮化钛、铜叠层材料，或者钽、氮化钽、钨叠层材料。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述上电极材料是金属材料氮化钛、氮化钽或钨，或者是钛、氮化钛组成的叠层材料，或者是钽、氮化钽组成的叠层材料。

7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述下电极材料是金属材料氮化钛、氮化钽或钨，或者是钛、氮化钛组成的叠层材料，或者是钽、氮化钽组成的叠层材料。

8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述铁电层材料为氧化锆或者杂质掺杂氧化铪材料：铪锆氧、铪铝氧、铪硅氧，或者是氧化锆、杂质掺杂氧化铪材料组成的叠层材料。

技术总结
本发明提供了一种铁电存储器的制备方法，属于半导体存储器技术领域。本发明将铁电存储器的制备集成进入传统CMOS后道工序中，通过调整原有的通孔工艺，利用形成通孔的填充层隔离铁电存储器与金属互连线，解决了铁电存储器图形化带来的刻蚀污染问题。

技术研发人员：黄芊芊,王凯枫,黄如
受保护的技术使用者：北京大学
技术研发日：
技术公布日：2024/2/8