專利名稱：FeRAM裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及具有多個存儲單元的FeRAM(鐵電隨機存取存儲器或鐵電寫讀存儲器)裝置，其每一存儲單元具有一只選擇晶體管和一只包含電介質(zhì)的存儲電容器件。
眾所周知在FeRAM裝置內(nèi)信息通過存儲單元的存儲電容器的鐵電介質(zhì)的極化儲存。這時利用鐵電介質(zhì)具有磁滯，所以在加電壓時，相當于存在的兩種極化狀態(tài)的“零”信息可以長時間儲存。
為了轉(zhuǎn)換極化并因此把信息從一狀態(tài)轉(zhuǎn)換為另一狀態(tài)，必須在電容器上加所謂矯頑電壓Vc的一定的最小電壓。
通常，力圖用盡可能低的占有空間/存儲單元制造存儲器裝置。所以本發(fā)明的任務是提供FeRAM裝置，其中為了儲存一比特需要盡可能小的空間。
在本文開始提到的類型的FeRAM裝置中，本任務通過由至少兩只電容器組成的電容器件解決，其矯頑電壓彼此不同。
因此本發(fā)明采用與迄今為止的傳統(tǒng)技術(shù)完全偏離的方法代替由選擇晶體管和(存儲)電容器組成的FeRAM存儲單元通過一定的技術(shù)措施實現(xiàn)盡可能小，如本來所期待的那樣，對每一只晶體管安排多只電容器。如果一個存儲單元例如具有一只選擇晶體管和兩只電容器，則它可以存儲兩比特。與由一只選擇晶體管和一只電容器組成的、能儲存一比特的傳統(tǒng)的存儲單元相比，因此儲存一比特的占用空間實際上只占一半，因為新型存儲單元幾乎并不要求比現(xiàn)存的存儲單元的面積更大。
在本發(fā)明的FeRAM裝置中首先利用電容器的矯頑電壓與介質(zhì)材料以及其層厚有關(guān)。隨后通過合適地選擇材料和/或?qū)雍窨梢园驯舜瞬⒙?lián)的具有不同矯頑電壓的電容器分配給一個選擇晶體管，所以可以彼此獨立地將信息串聯(lián)地寫入這些電容器或可以彼此獨立地從這些電容器串聯(lián)地讀出。
此外，為了詳細說明，應考慮具有一只選擇晶體管和兩只電容器C1和C2的一只存儲單元。這時電容器C1應具有矯頑電壓VC1和電容器C2應具有矯頑電壓VC2，其中VC1＜VC2，這可以通過對介質(zhì)的合適的材料選擇和/或?qū)橘|(zhì)的不同的層厚來實現(xiàn)。
在寫入信息時，首先用比VC2大的高電壓U把信息寫入電容器C2。在這種寫入過程中，或許也毀壞還在電容器C1內(nèi)存在的信息。接著把處在VC1和VC2之間的較小電壓加到存儲單元上。通過這較小電壓，信息被寫入電容器C1，而電容器C2不再接通。因此在兩電容器C1和C2內(nèi)可以儲存不同的信息。
在從該存儲單元讀出信息時，以相反方式進行首先把處于VC1和VC2之間的小的電壓加到存儲單元上。通過這小的電壓，接通電容器C1，使得測定其極化電流，并因此可以確定所儲存的極化方向。接著加上大于VC2的高電壓U。因此以相應方式將信息從電容器C2讀出。之后根據(jù)上述過程可以毫無問題地將信息重寫入電容器。
雖然通過串聯(lián)讀和寫，本發(fā)明的FeRAM裝置比現(xiàn)有的裝置慢。但是許多應用中如果力圖特別小的占據(jù)空間時這缺點可以容忍。
為了進一步深入上述例子，在本發(fā)明的FeRAM裝置中具有意義在加上低于VC2的電壓時電容器C2的鐵電介質(zhì)不是大部分已經(jīng)改變極化。然而小的極化損耗是可以接受的，因為電容器C2可以只通過兩次開關(guān)過程(寫和讀)受電容器C1影響。應強調(diào)在良好地滿足這個假設時，也可以在一個存儲單元內(nèi)提供多于兩只具有“等級”的矯頑電壓VC的電容器，以便每只選擇晶體管儲存多于兩比特。
對電容器優(yōu)選的介質(zhì)是SrBi2Ta2O9(SBT),SrBi2(Ta1-xNbx)2O9(SBTN)或其它的SBT衍生物，PbZr1-xTixO3(PZT)或PbZr1-xTixLayO3。介質(zhì)的合適層厚約為30-250nm，優(yōu)選方式約為180nm。Pt,Ir,Ru,Pd或其氧化物或LaSrCoOx或LaSnOx可以用于作電容器的電極。
電容器可以具有必要時公共存儲器節(jié)的公共端(“插頭”)。但是電容器具有不同的存儲器節(jié)和不同的公共極板，并且通過由例如氧化硅構(gòu)成的中間絕緣層彼此隔離也是可能的。存儲器節(jié)也可以經(jīng)一金屬弓形夾(Metallbuegel)與選擇晶體管連接。
本發(fā)明依靠附圖詳細說明如下。即

圖1示出具有公共存儲器節(jié)的本發(fā)明第1實施例的圖示剖面，圖2示出具有分立存儲器節(jié)和分立共用的極板的本發(fā)明第2實施例的圖示剖面和圖3示出具有在電容器公共存儲器節(jié)和選擇晶體管之間的金屬弓形夾的本發(fā)明第3實施例的圖示剖面。
圖內(nèi)彼此相應的部分分別用同一參考符號。為了更清晰，也未示出絕緣層。
圖1用簡圖示出在硅半導體本體1內(nèi)的一個具有源極2和漏極3的選擇晶體管，在源極和漏極之間在例如由氧化硅構(gòu)成的未示出的絕緣層上有一字線WL通過。漏極3經(jīng)由例如金屬制成的，例如WolFeRAM或鋁或摻雜多晶硅，一公共插頭(“插塞”)4與具有兩只疊層電容器C1,C2的存儲器節(jié)5連接，這兩只疊層電容器由第1公共極板8，第1介質(zhì)6和存儲器節(jié)6構(gòu)成及由第2公共極板9，第2介質(zhì)7和存儲器節(jié)6組成。極板8,9可以彼此連接在一起。
介質(zhì)6,7是如此選擇或設計，使得電容器C1的矯頑電壓VC1與電容器C2的矯頑電壓VC2不同。這可以如本文開始所說明的，通過不同的層厚和/或不同的介質(zhì)6,7材料實現(xiàn)。合適的材料例如是SBT,SBTN,PZT和PLZT，而合適的層厚范圍為30-250nm，優(yōu)選約180nm。但顯然其它的層厚也是可能的。
例如在3V電壓、180nm層厚SBT和SBTN(鈮占28％)的情況下矯頑電壓VC為0.65V(SBT)或1V(SBTN)。
對電容器電極，即對公共極板8,9和存儲器節(jié)5的合適材料是Pt、Pd、Rh、Au、Ir、Ru、其氧化物，LaSrCoOx和LaSuOx。
其它變形例也是可能的，其中在疊層的“中間”提供公共極板(如存儲器節(jié)5)和兩存儲節(jié)(相當于極板8,9)連接到插塞4上。
所述材料適合于所有實施例。
圖2示出一實施例，其中，兩電容器C1,C2除極板8,9之外具有與插塞4連接的不同的存儲器節(jié)11,12。這里電容器彼此通過未詳細示出的由例如氧化硅制成的絕緣層隔離。
圖3示出一實施例，其中，公共存儲器節(jié)5經(jīng)由插塞16(例如由摻雜多晶硅或鋁)構(gòu)成的金屬弓形夾與漏極3連接。此外，在這兒示出了對位線14的接觸12(由與接觸13同一材料構(gòu)成)。
本實施例的電容器C1,C2也可以如此改變，正如上面對圖1的變形例所示和對圖2實施例所說明的。
權(quán)利要求
1．具有多個存儲單元的FeRAM裝置，其每一存儲單元具有一只選擇晶體管(2,3)和一只具有鐵電介質(zhì)的電容器件，其特征為，電容器件由至少兩只電容器(C1,C2)組成，其矯頑電壓彼此不同。
2．根據(jù)權(quán)利要求1所述的FeRAM裝置，其特征為，電容器(C1,C2)的介質(zhì)(6,7)由不同材料構(gòu)成。
3．根據(jù)權(quán)利要求1所述的FeRAM裝置，其特征為，電容器(C1,C2)的介質(zhì)(6,7)具有彼此不同的層厚。
4．根據(jù)權(quán)利要求2所述的FeRAM裝置，其特征為，電容器(C1,C2)的介質(zhì)(6,7)由SrBi2Ta2O9(SBT),SrBi2(Ta1-xNbx)2O9(SBTN)或其它SBT衍生物，PbZr1-xTixO3(PZT)或PbZr1-xTixLayO3構(gòu)成。
5．根據(jù)權(quán)利要求2到4之一所述的FeRAM裝置，其特征為，介質(zhì)(6,7)的層厚約為30到250nm。
6．根據(jù)權(quán)利要求5所述的FeRAM裝置，其特征為，介質(zhì)層厚約為180nm。
7．根據(jù)權(quán)利要求2到6之一所述的FeRAM裝置，其特征為，電容器(C1,C2)的電極(5,8,9)由Pt,Pd,Rh,Au,Ir,Ru或其氧化物或LaSrCoOx或LaSnOx構(gòu)成。
8．根據(jù)權(quán)利要求1到7之一所述的FeRAM裝置，其特征為，電容器(C1,C2)具有一公共存儲器節(jié)(5)。
9．根據(jù)權(quán)利要求1到7之一所述的FeRAM裝置，其特征為，電容器(C1,C2)具有不同的存儲器節(jié)(10,11)和不同的公共極板(8,9)，并且通過中間絕緣層彼此隔離。
10．根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的FeRAM裝置，其特征為，存儲器節(jié)(5,10,11)經(jīng)一金屬弓形夾(Metallbuegel)(16,15,13)與選擇晶體管(2,3)相連。
11．根據(jù)權(quán)利要求2到10之一所述的FeRAM裝置，其特征為，電容器具有一公共端(插頭)(4)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種具有多個存儲單元的FeRAM裝置,其每一存儲單元具有一只選擇晶體管(2,3)和一只包含鐵電介質(zhì)的電容器件。該電容器件由至少兩只電容器(C1,C2)組成,其矯頑電壓(VC1,VC2)彼此不同。
文檔編號H01L21/8246GK1316086SQ99810299
公開日2001年10月3日 申請日期1999年7月1日 優(yōu)先權(quán)日1998年7月8日
發(fā)明者F·欣特邁爾, G·辛德勒爾, W·哈特納 申請人:因芬尼昂技術(shù)股份公司