本發(fā)明涉及存儲器，特別涉及一種鐵電存儲器的制造方法及鐵電存儲器結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)：

1、鐵電存儲器是一種特殊工藝的非易失性的存儲器。當電場被施加到鐵晶體管時，中心原子順著電場停在第一低能量狀態(tài)位置，而當電場反轉(zhuǎn)被施加到同一鐵晶體管時，中心原子順著電場的方向在晶體里移動并停在第二低能量狀態(tài)。大量中心原子在晶體單胞中移動耦合形成鐵電疇，鐵電疇在電場作用下形成極化電荷。鐵電疇在電場下反轉(zhuǎn)所形成的極化電荷較高，鐵電疇在電場下無反轉(zhuǎn)所形成的極化電荷較低，這種鐵電材料的二元穩(wěn)定狀態(tài)使得鐵電可以作為存儲器。

2、當移去電場后，中心原子處于低能量狀態(tài)保持不動，存儲器的狀態(tài)也得以保存不會消失，因此可利用鐵電疇在電場下反轉(zhuǎn)形成高極化電荷，或無反轉(zhuǎn)形成低極化電荷來判別存儲單元是在“1”或“0”狀態(tài)。鐵電疇的反轉(zhuǎn)不需要高電場，僅用一般的工作電壓就可以改變存儲單元是在“1”或“0”的狀態(tài)；也不需要電荷泵來產(chǎn)生高電壓數(shù)據(jù)擦除，因而沒有擦寫延遲的現(xiàn)象。這種特性使鐵電存儲器在掉電后仍能夠繼續(xù)保存數(shù)據(jù)，寫入速度快且具有無限次寫入壽命，不容易寫壞。并且，與現(xiàn)有的非易失性內(nèi)存技術(shù)比較，鐵電存儲器具有更高的寫入速度和更長的讀寫壽命。

3、圖1示出了示例性鐵電存儲單元100的電路示意圖。鐵電存儲單元100是鐵電存儲器件的存儲元件，并且可以包括各種設(shè)計和配置。如圖1所示，鐵電存儲單元100是“1t-1c”單元，其包括電容器102和晶體管104。晶體管104為nmos晶體管。晶體管104的源極s電連接到位線bl。晶體管104的柵極電連接到字線wl。晶體管104的漏極d電連接到電容器102的下電極112。電容器102的上電極110連接到板線pl。常見的鐵電存儲器件有兩種結(jié)構(gòu)，分別如圖2a及2b所示，其中圖2a所示為電容位于位線之上的cob結(jié)構(gòu)，圖2b所示為電容位于位線之下的cub結(jié)構(gòu)。相較而言，cub結(jié)構(gòu)基本可以采用標準的fab工藝實現(xiàn)，具有更好的工藝兼容性，同時整體結(jié)構(gòu)更為緊湊。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、針對現(xiàn)有技術(shù)中的部分或全部問題，本發(fā)明第一方面提供一種鐵電存儲器，包括：

2、半導體襯底，所述半導體襯底包括鐵電存儲單元區(qū)，所述鐵電存儲單元區(qū)具有源區(qū)、漏區(qū)、柵極區(qū)、隔離區(qū)以及各個功能區(qū)上方的電極及互連金屬線；

3、設(shè)置在半導體襯底上方的第一互連結(jié)構(gòu)，所述第一互連結(jié)構(gòu)包括第一電容導電柱、第一位線導電柱以及導電柱之間的第一介質(zhì)層；

4、層疊在第一介質(zhì)層上的第二介質(zhì)層；

5、電容器，其包括第一電極層、高k鐵電氧化物層和第二電極層，其中所述第一電極層沉積于所述第二介質(zhì)層的深孔內(nèi)，與所述第一電容導電柱電連接，所述高k鐵電氧化物層沉積于所述第一電極層表面，以及所述第二電極層沉積于所述高k鐵電氧化物層的表面；

6、板線，其設(shè)置于所述第二電極層的表面，與所述第二電極層電連接；以及

7、位線，其與所述板線位于同一高度，且通過第二位線導電柱連接到第一位線導電柱。

8、進一步地，所述電容器的內(nèi)部填充有電介質(zhì)材料，所述板線包括金屬導電層，所述金屬導電層通過形成于所述電介質(zhì)材料中的第二電容導電柱連接到所述第二電極板。

9、進一步地，所述電容器的內(nèi)部填充有導電材料，所述板線形成于所述導電材料的表面，通過所述導電材料與所述第二電極板電連接。

10、進一步地，所述電容器的內(nèi)部填充有導電材料，所述導電材料與所述第二電極板電連接，且被配置為板線。

11、進一步地，所述鐵電存儲器還包括導電金屬層，其通過導電柱與所述板線電連接。

12、本發(fā)明第二方面提供一種制造如前所述的鐵電存儲器的方法，包括：

13、提供半導體襯底，所述半導體襯底包括鐵電存儲單元區(qū)，所述鐵電存儲單元區(qū)具有源區(qū)、漏區(qū)、柵極區(qū)、隔離區(qū)以及各個功能區(qū)上方的電極及互連金屬線；

14、形成第一互連結(jié)構(gòu)，所述第一互連結(jié)構(gòu)包括導電柱以及導電柱之間的第一介質(zhì)層，其中所述導電柱包括第一電容導電柱以及第一位線導電柱；

15、在第一介質(zhì)層的表面依次形成刻蝕停止層、第二介質(zhì)層及硬掩模層；

16、通過光刻和刻蝕工藝在第二介質(zhì)層中形成深孔，所述深孔的底部暴露出所述第一電容導電柱的端面；

17、在所述深孔及第二介質(zhì)層的表面沉積電極材料，形成第一電極層；

18、去除部分電極材料，僅保留所述深孔的底部及側(cè)面的第一電極層；

19、在所述第一電極層及第二介質(zhì)層的表面依次形成高k鐵電氧化物層和第二電極層，形成電容結(jié)構(gòu)；

20、形成填充層，所述填充層的表面不低于所述第二電極層的表面；以及

21、形成金屬互連及板線和位線。

22、進一步地，所述填充層采用電介質(zhì)材料，且形成金屬互連及板線和位線包括：

23、在所述填充層上鉆孔，并形成導電柱，其中所述導電柱包括第二電容導電柱以及第二位線導電柱，所述第二電容導電柱的一端與所述第二電極層電連接，以及所述第二位線導電柱的一端與所述第一位線導電柱電連接；以及

24、在所述填充層的表面形成導電金屬層，其中與所述第二電容導電柱電連接的部分形成板線，以及與所述第二位線導電柱電連接的部分形成位線。

25、進一步地，所述填充層采用鎢金屬，且形成金屬互連及板線和位線包括：

26、在電容器的一側(cè)形成第二位線導電柱，所述第二位線導電柱的一端與所述第一位線導電柱電連接；以及

27、在所述填充層的表面形成導電金屬層，其中與所述填充層接觸的部分形成板線，以及與所述第二位線導電柱電連接的部分形成位線。

28、進一步地，所述填充層采用導電材料，且形成金屬互連及板線和位線包括：

29、在所述填充層的表面形成第三介質(zhì)層，在所述第三介質(zhì)層上鉆孔，并形成導電柱，其中所述導電柱包括第二電容導電柱以及第二位線導電柱，所述第二電容導電柱的一端與所述填充層電連接，以及所述第二位線導電柱的一端與所述第一位線導電柱電連接；以及

30、在所述第三介質(zhì)層的表面形成導電金屬層，其中與所述第二電容導電柱電連接的部分形成板線，以及與所述第二位線導電柱電連接的部分形成位線。

31、此外，若采用鎢金屬等導電材料作為填充層，也可直接采用填充層作為板線及位線，基于此，本發(fā)明第三方面提供這一結(jié)構(gòu)的鐵電存儲器的制造方法，包括：

32、提供半導體襯底，所述半導體襯底包括鐵電存儲單元區(qū)，所述鐵電存儲單元區(qū)具有源區(qū)、漏區(qū)、柵極區(qū)、隔離區(qū)以及各個功能區(qū)上方的電極及互連金屬線；

33、形成第一互連結(jié)構(gòu)，所述第一互連結(jié)構(gòu)包括導電柱以及導電柱之間的第一介質(zhì)層，其中所述導電柱包括第一電容導電柱以及第一位線導電柱；

34、在第一介質(zhì)層的表面依次形成刻蝕停止層、第二介質(zhì)層及硬掩模層；

35、在所述第二介質(zhì)層形成第二位線導電柱，所述第二位線導電柱的第一端與所述第一位線導電柱電連接，第二端露出所述第二介質(zhì)層的表面；

36、通過光刻和刻蝕工藝在第二介質(zhì)層中形成深孔，所述深孔的底部暴露出所述第一電容導電柱的端面；

37、在所述深孔、第二介質(zhì)層的表面及第二位線導電柱的第二端面沉積電極材料，形成第一電極層；

38、在所述第一電極層的表面依次形成高k鐵電氧化物層和第二電極層，形成電容結(jié)構(gòu)；

39、在所述第二電極層表面填充鎢金屬，形成填充層；以及

40、去除部分填充層、第二電極層、高k鐵電氧化物層及第一電極層，使得各個電容器之間及電容器與第二位線導電柱分離。

41、本發(fā)明提供的一種鐵電存儲器及其制造方法，一方面采用了cub結(jié)構(gòu)，使得整體制造工藝可與標準fab工藝兼容，便于集成、降低制造成本。另一方面，所述鐵電存儲器采用填充層至少部分地充當板線，又進一步地簡化了工藝，同時縮小了所述鐵電存儲器的整體體積，進一步地提高了系統(tǒng)的集成度。