铁电存储器、三维集成电路、电子设备的制作方法

本技术涉及半导体芯片，尤其涉及一种铁电存储器、三维集成电路、电子设备。

背景技术：

1、随着半导体芯片技术的发展，平面集成电路(2d integrated circuit，2d ic)用作系统级芯片(system on chip，soc)，已经无法满足人们对芯片的功能、尺寸、能耗的需求。

2、目前，将多个芯片进行三维堆叠(3d stacking)形成三维集成电路(3dintegrated circuit，3d ic)，可提高多个芯片之间互连的带宽和能效，因此，三维集成电路逐渐受到领域内的关注。

3、在三维集成电路中，为保证芯片的电源完整性(power integrity，pi)，需要在芯片的电源分布网络(power distribution network，pdn)中设置去耦电容器(decouplingcapacitor，decap)，以使电源分布网络能提供较稳定的电源。但是，随着工作时间的增长，去耦电容器的抗干扰能力会变差，导致其电容值发生变化，进而导致电源分布网络无法提供稳定的电源。

技术实现思路

1、本技术实施例提供一种铁电存储器、三维集成电路、电子设备，旨在提高芯片中去耦电容器的抗干扰能力。

2、为达到上述目的，本技术的实施例采用如下技术方案：

3、第一方面，提供了一种铁电存储器，该铁电存储器可以是铁电随机存取存储器(ferroelectric random access memory，feram)、也可以是铁电场效应晶体管(ferroelectric filed-effect-transistor，fefet)存储器，可实现对数据的读取和写入。

4、上述铁电存储器包括阵列区和走线区，该铁电存储器包括设置于阵列区的存储阵列，及设置于走线区的电容器。电容器包括第一堆叠层、第一导电柱、第二导电柱、第一铁电层和第二铁电层，第一堆叠层包括交替层叠设置的多个导电层和多个第一介质层，多个导电层包括相连的第一导电部和第二导电部。第一导电柱贯穿第一导电部，第二导电柱贯穿第二导电部。第一铁电层和第二铁电层为筒状结构，第一铁电层贯穿第一导电部，且围绕第一导电柱设置，第二铁电层贯穿第二导电部，且围绕第二导电柱设置。该电容器包括串联设置的第一电容器和第二电容器，第一电容器包括第一导电柱、第一铁电层和第一导电部，第二电容器包括第二导电柱、第二铁电层和第二导电部。

5、本技术的上述实施例所提供的铁电存储器，采用第一导电柱贯穿导电层的第一导电部，并采用第一铁电层围绕第一导电柱设置，以将第一导电柱与第一导电部隔开，第一导电柱、第一铁电层和第一导电部形成第一电容器，第一导电柱和第一导电部作为第一电容器的两极。

6、并且，采用第二导电柱贯穿导电层的第二导电部，并采用第二铁电层围绕第二导电柱设置，以将第二导电柱与第二导电部隔开，第二导电柱、第二铁电层和第二导电部形成第二电容器，第二导电柱和第二导电部作为第二电容器的两极。

7、通过连接第一导电部和第二导电部，使第一电容器的一极与第二电容器的一极电连接，从而使第一电容器与第二电容器串联设置。根据串联分压的原理，可减小每个电容器两端的电势差，从而可降低电容器中铁电层发生极化翻转的概率，保证电容器的容值稳定，提高电容器的抗干扰能力。

8、在一些实施例中，每个导电层包括至少一个第一导电部和至少一个第二导电部，相连的第一导电部与第二导电部处于同一导电层，以便于第一导电部与第二导电部连接。

9、在一些实施例中，每个导电层包括一个第一导电部和一个第二导电部，第一导电部与第二导电部相连，第一导电部与第二导电部沿第一方向排列，第一方向平行于第一堆叠层的底面。多个第一导电柱贯穿第一导电部，相当于多个第一电容器并联设置。多个第二导电柱贯穿第二导电部，相当于多个第二电容器并联设置。同一导电层的第一导电部与第二导电部相连，使并联的多个第一电容器与并联的多个第二电容器串联，形成第三电容器。

10、上述实施例中，多个第一电容器并联的总电容值要大于一个第一电容器的电容值，多个第二电容器并联的总电容值要大于一个第二电容器的电容值，可增加第三电容器的电容值，从而增加电容器的总电容值。

11、并且，并联的多个第一电容器与并联的多个第二电容器串联，形成第三电容器，可减小并联的多个电容器(第一电容器或第二电容器)的两端的电势差，减小每个电容器两端的电势差，从而可降低电容器中铁电层发生极化翻转的概率，保证电容器的容值稳定，提高电容器的抗干扰能力。

12、在一些实施例中，电容器还包括第一互联电极和第二互联电极，第一互联电极和第二互联电极为面状结构，第一互联电极与第二互联电极沿第一方向排列。第一互联电极与多个第一导电柱的端部电连接，以通过第一互联电极向多个第一导电柱传输电信号。第二互联电极与多个第二导电柱的端部电连接，以通过第二互联电极向多个第二导电柱传输电信号。

13、在一些实施例中，多个第一导电柱呈阵列式排布，和/或，多个第二导电柱呈阵列式排布，可提高多个第一导电柱和多个第二导电柱排布的均匀性，有利于改善多个电容器之间信号干扰的现象。

14、在一些实施例中，电容器还包括第一互联电极和第二互联电极，第一互联电极和第二互联电极为梳状结构，第一互联电极与第二互联电极沿第一方向排列，第一互联电极包括多条第一互联线，第二互联电极包括多条第二互联线。

15、第一互联线和第二互联线沿第一方向延伸，多条第一互联线与多个第一导电柱的端部电连接，且多条第一互联线在第一堆叠层的沿第一方向的一侧连接。多条第二互联线与多个第二导电柱的端部电连接，且多条第二互联线在第一堆叠层的沿第一方向的另一侧连接。

16、或者，第一互联线和第二互联线沿第二方向延伸，多条第一互联线与多个第一导电柱的端部电连接，且多条第一互联线在第一堆叠层的沿第二方向的一侧连接。多条第二互联线与多个第二导电柱的端部电连接，且多条第二互联线在第一堆叠层的沿第二方向的一侧连接，第二方向平行于第一堆叠层的底面，且与第一方向相交叉。

17、在一些实施例中，每个导电层包括多个第一导电部和多个第二导电部，多个第一导电部与多个第二导电部相连，第一导电部与第二导电部沿第一方向交替排列，第一方向平行于第一堆叠层的底面。多个第一导电柱贯穿第一导电部，多个第二导电柱贯穿第二导电部。

18、上述实施例中，多个第一导电柱贯穿第一导电部，相当于多个第一电容器并联设置。多个第二导电柱贯穿第二导电部，相当于多个第二电容器并联设置。同一导电层的多个第一导电部与多个第二导电部相连，使并联的多个第一电容器与并联的多个第二电容器串联，形成第三电容器。通过电容器串联的方式，可减小每个电容器两端的电势差，从而可降低电容器中铁电层发生极化翻转的概率，保证电容器的容值稳定，提高电容器的抗干扰能力。

19、在一些实施例中，电容器还包括第一互联电极和第二互联电极，第一互联电极和第二互联电极为梳状结构。第一互联电极包括多条第一互联线，第二互联电极包括多条第二互联线，多条第一互联线与多条第二互联线沿第一方向排列，第一互联线和第二互联线沿第二方向延伸。

20、多条第一互联线与多个第一导电柱的端部电连接，且多条第一互联线在第一堆叠层的沿第二方向的一侧连接，通过第一互联电极的多条第一互联线向多个第一导电柱传输电信号。多条第二互联线与多个第二导电柱的端部电连接，且多条第二互联线在第一堆叠层的沿第二方向的另一侧连接，通过第二互联电极的多条第二互联线向多个第二导电柱传输电信号。

21、在一些实施例中，多条第一互联线与多条第二互联线沿第一方向交替排列。或者，相邻两条第一互联线之间不设置第二互联线，或设置有多条第二互联线，相邻两条第二互联线之间不设置第一互联线，或设置有多条第一互联线。

22、在一些实施例中，多个第一导电柱包括多排，一条第一互联线与一排第一导电柱电连接，以通过第一互联线向一排第一导电柱传输电信号。和/或，多个第二导电柱包括多排，一条第二互联线与一排第二导电柱电连接，以通过第二互联线向一排第二导电柱传输电信号。

23、在一些实施例中，处于同一导电层的第一导电部和第二导电部一体设置，以实现第一导电部和第二导电部的连接。

24、在一些实施例中，每个导电层包括多个分隔设置的导电块，一个导电块包括相连的一个第一导电部和一个第二导电部，多个第一导电柱贯穿导电块的第一导电部，相当于多个第一电容器并联设置。多个第二导电柱贯穿导电块的第二导电部，相当于多个第二电容器并联设置。同一导电块的第一导电部与第二导电部相连，使并联的多个第一电容器与并联的多个第二电容器串联，形成第三电容器。

25、相邻两个导电块中，贯穿一个导电块的多个第二导电柱，与贯穿另一个导电块的多个第一导电柱电连接，使相邻的导电块的第三电容器串联，形成第四电容器。

26、上述实施例中，多个第一电容器并联的总电容值要大于一个第一电容器的电容值，多个第二电容器并联的总电容值要大于一个第二电容器的电容值，可增加第三电容器的电容值，增加第四电容器的电容值，从而增加电容器的总电容值。

27、并且，并联的多个第一电容器与并联的多个第二电容器串联，形成第三电容器，相邻的导电块的第三电容器串联，形成第四电容器，以增加串联的电容器的数量，从而可进一步减小每个电容器两端的电势差，降低电容器中铁电层发生极化翻转的概率，保证电容器的容值稳定，提高电容器的抗干扰能力。

28、在一些实施例中，电容器还包括第二介质层，第二介质层贯穿第一堆叠层，且隔开相邻两个导电块，即第二介质层将导电层分割成多个导电块。

29、在一些实施例中，每个导电层包括依次设置的第1个导电块～第n个导电块，n≥2，且n为正整数。电容器还包括一个第一互联电极、至少一个第二互联电极和一个第三互联电极，第一互联电极与贯穿第1个导电块的第一导电柱电连接。第二互联电极与，贯穿第i个导电块的第二导电柱和贯穿第i+1个导电块的第一导电柱电连接，i＝1～n-1，且i为正整数。第三互联电极与贯穿第n个导电块的第二导电柱电连接。

30、上述实施例中，第一互联电极和第三互联电极接收外部的电信号，并将该电信号传输至第四电容器。

31、在一些实施例中，多个导电层包括多个第一导电部和多个第二导电部，多个第二导电部位于多个第一导电部的远离第一堆叠层的底面的一侧。多个第一导电柱贯穿多个第一导电部，相当于多个第一电容器并联设置。多个第二导电柱贯穿多个第二导电部，相当于多个第二电容器并联设置。

32、电容器还包括贯穿第一堆叠层的第三导电柱，第三导电柱与多个第一导电部和多个第二导电部电连接，使并联的多个第一电容器与并联的多个第二电容器串联。

33、上述实施例中，多个第一电容器并联的总电容值要大于一个第一电容器的电容值，多个第二电容器并联的总电容值要大于一个第二电容器的电容值，可增加电容器的总电容值。

34、并且，并联的多个第一电容器与并联的多个第二电容器串联，可减小并联的多个电容器(第一电容器或第二电容器)的两端的电势差，减小每个电容器两端的电势差，从而可降低电容器中铁电层发生极化翻转的概率，保证电容器的容值稳定，提高电容器的抗干扰能力。

35、在一些实施例中，电容器还包括第一互联电极和第二互联电极，第一互联电极设置于第一堆叠层的底面的远离多个第一导电部的一侧，且与多个第一导电柱的端部电连接，通过第一互联电极向多个第一导电柱传输电信号。第二互联电极设置于多个第二导电部的远离第一堆叠层的底面的一侧，且与多个第二导电柱的端部电连接，通过第二互联电极向多个第二导电柱传输电信号。

36、在一些实施例中，导电层、第一导电柱和第二导电柱的材料包括ti、au、w、mo、al、cu、ru、ag、tin、ito中的至少一种。

37、在一些实施例中，第一铁电层和/或第二铁电层的材料包括zro2、hfo2、hfalo、hfsio、hfzro、hflao、hfyo中的至少一种。

38、在一些实施例中，第一介质层为单层结构或叠层结构，第一介质层的材料包括sio2、al2o3、hfo2、zro2、tio2、y2o3、si3n4中的至少一种。

39、在一些实施例中，存储阵列包括第二堆叠层，第二堆叠层包括阵列式排布的多个存储单元。

40、第二堆叠层包括交替设置的第三介质层和栅极层，第一堆叠层的多个第一介质层与第二堆叠层的多个第三介质层一一对应，相对应的第一介质层与第三介质层的材料相同且同层设置。第一堆叠层的多个导电层与第二堆叠层的多个栅极层一一对应，相对应的导电层与栅极层的材料相同、同层设置、且相互绝缘。

41、第二方面，提供了一种铁电存储器的制备方法，该制备方法包括：形成第一堆叠层，第一堆叠层包括交替层叠设置的多个导电层和多个第一介质层，多个导电层包括相连的第一导电部和第二导电部。形成贯穿第一导电部的第一接触孔，及贯穿第二导电部的第二接触孔。在第一接触孔的侧壁上形成第一铁电层，并在第二接触孔的侧壁上形成第二铁电层。在第一铁电层的内侧形成第一导电柱，并在第二铁电层的内侧形成第二导电柱。

42、本技术的上述实施例所提供的制备方法，先形成第一堆叠层，第一堆叠层包括交替层叠设置的多个导电层和多个第一介质层，一个导电层包括相连的第一导电部和第二导电部。然后，形成贯穿第一导电部的第一接触孔，及贯穿第二导电部的第二接触孔，在第一接触孔的侧壁上形成第一铁电层和第一导电柱，在第二接触孔的侧壁上形成第二铁电层和第二导电柱。

43、第一导电柱、第一铁电层和第一导电部形成第一电容器，第一导电柱和第一导电部作为第一电容器的两极。第二导电柱、第二铁电层和第二导电部形成第二电容器，第二导电柱和第二导电部作为第二电容器的两极。通过连接第一导电部和第二导电部，使第一电容器的一极与第二电容器的一极电连接，从而使第一电容器与第二电容器串联设置，可减小每个电容器两端的电势差，从而可降低电容器中铁电层发生极化翻转的概率，保证电容器的容值稳定，提高电容器的抗干扰能力。

44、在一些实施例中，形成第一导电柱和第二导电柱之后，还包括：形成第一互联电极和第二互联电极，第一互联电极与多个第一导电柱的端部电连接，以向多个第一导电柱传输电信号。第二互联电极与多个第二导电柱的端部电连接，以向多个第二导电柱传输电信号。

45、在一些实施例中，形成第一堆叠层之后，还包括：形成贯穿第一堆叠层的至少一个隔离沟槽，至少一个隔离沟槽将导电层分隔成多个导电块，一个导电块包括一个第一导电部和一个第二导电部，第一导电部与第二导电部相连。在隔离沟槽内形成第二介质层。

46、上述实施例中，通过刻蚀第一堆叠层，形成贯穿第一堆叠层的隔离沟槽，并在隔离沟槽内形成第二介质层，以将导电层分割成多个导电块，以增加串联的电容器的数量，从而可进一步减小每个电容器两端的电势差，降低电容器中铁电层发生极化翻转的概率，保证电容器的容值稳定，提高电容器的抗干扰能力。

47、在一些实施例中，每个导电层包括依次设置的第1个导电块～第n个导电块，n≥2，且n为正整数。

48、形成第一导电柱和第二导电柱之后，还包括：形成一个第一互联电极、至少一个第二互联电极和一个第三互联电极，第一互联电极与贯穿第1个导电块的第一导电柱电连接。第二互联电极与，贯穿第i个导电块的第二导电柱和贯穿第i+1个导电块的第一导电柱电连接，i＝1～n-1，且i为正整数。第三互联电极与贯穿第n个导电块的第二导电柱电连接。

49、在一些实施例中，铁电存储器包括阵列区和走线区，在走线区形成第一堆叠层的过程中，在阵列区同步形成第二堆叠层。

50、第三方面，还提供了一种铁电存储器的制备方法，该制备方法包括：形成第一子堆叠层，第一子堆叠层包括交替层叠设置的多个第一导电部和多个第一介质层。形成贯穿多个第一导电部的第一接触孔。在第一接触孔的侧壁上形成第一铁电层。在第一铁电层的内侧形成第一导电柱。形成绝缘层，绝缘层覆盖第一子堆叠层、第一铁电层和第一导电柱。在绝缘层远离第一子堆叠层的一侧形成第二子堆叠层，第二子堆叠层包括交替层叠设置的多个第二导电部和多个第一介质层。形成贯穿多个第二导电部的第二接触孔。在第二接触孔的侧壁上形成第二铁电层。在第二铁电层的内侧形成第二导电柱。形成第三导电柱，第三导电柱贯穿第二子堆叠层、绝缘层和第一子堆叠层，且与多个第一导电部和多个第二导电部电连接。

51、本技术的上述实施例所提供的制备方法，先形成第一子堆叠层，第一子堆叠层包括交替层叠设置的多个第一导电部和多个第一介质层。然后，形成贯穿多个第一导电部的第一接触孔，在第一接触孔的侧壁上形成第一铁电层和第一导电柱。

52、而后，在第一子堆叠层的上方形成第二子堆叠层，第二子堆叠层包括交替层叠设置的多个第二导电部和多个第一介质层。然后，形成贯穿多个第二导电部的第二接触孔，在第二接触孔的侧壁上形成第二铁电层和第二导电柱。

53、最后，形成贯穿第二子堆叠层和第一子堆叠层的第三导电柱，第三导电柱与多个第一导电部和多个第二导电部电连接，使并联的多个第一电容器与并联的多个第二电容器串联，可减小每个电容器两端的电势差，从而可降低电容器中铁电层发生极化翻转的概率，保证电容器的容值稳定，提高电容器的抗干扰能力。

54、第四方面，提供了一种三维集成电路，该三维集成电路包括上述任一实施例所述的铁电存储器和处理器芯片，处理器芯片与铁电存储器叠置，且与铁电存储器电连接。

55、第五方面，提供了一种电子设备，该电子设备例如为消费性电子产品、家居式电子产品、车载式电子产品、金融终端产品、通信电子产品。该电子设备包括电路板，及上述任一实施例所述的铁电存储器或三维集成电路，铁电存储器或三维集成电路设置于电路板上，且与电路电连接。

56、可以理解地，本技术的上述实施例提供的三维集成电路及电子设备，其所能达到的有益效果可参考上文中铁电存储器的有益效果，此处不再赘述。