[發明專利]基于鉍系存儲材料的鐵電動態隨機存儲器及其制備方法

有效

• 申請號: 201010202569.8
• 申請日: 2010-06-11
• 公開（公告）號: CN101872768A
• 公開（公告）日: 2010-10-27
• 發明（設計）人: 謝丹;羅亞烽;馮婷婷;韓學光;任天令;劉理天
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: H01L27/115
• 分類號: H01L27/115;H01L21/02;H01L21/31;G11C11/22;H01L21/336
• 代理公司: 北京清亦華知識產權代理事務所(普通合伙) 11201
• 代理人: 廖元秋

1.一種基于鉍系存儲材料的鐵電動態隨機存儲器，包括硅襯底、源區、漏區、隔離層介質膜、鐵電薄膜層、柵電極、源極、漏極，以及用于器件測量的襯底接觸區和襯底接觸電極；其中，在硅襯底中形成源區、漏區和襯底接觸區，在硅襯底的上面形成隔離層介質膜，在隔離層介質膜上面形成鐵電薄膜層，在鐵電薄膜層上面形成柵電極；源極和漏極在柵電極的兩側；其特征在于，所述的隔離層介質為：ZrO₂或TiO₂；所述的鐵電薄膜層為BXT或BXFY；其中，BXT中的X為稀土元素La，，Nd，Sm，Pr，Gd中的任意一種，BXT中各組份的摩爾比例為：Bi∶X∶Ti∶O＝(4-x)∶x∶3∶12，x取值在0.1＜x＜1.0的范圍內；所述BXT中的Bi，相對于所述組成式：Bi_4-xX_xTi₃O₁₂要過量添加，該Bi元素的過剩含量，占Bi、X和Ti元素總量的摩爾百分數為5％≤Bi≤20％；

所述BXFY中的X為摻雜稀土元素La，Nd，Sm，Pr，Gd中的任意一種，Y為摻雜過渡金屬元素Mn，Nb，Co，Ni中的任意一種；BXFY中各組份的摩爾比例為：(Bi+X)∶(Fe+Y)∶O＝1∶1∶3，Bi∶X＝(1-x)∶x，Fe∶Y＝(1-y)∶y，其中，0.01＜x＜0.2，0.01＜y＜0.2。

2.如權利要求1所述的鐵電動態隨機存儲器其特征在于，所述BXT薄膜厚度為100nm～400nm；所述BXFY薄膜厚度為100nm～400nm。

3.一種制備如權利要求1所述鐵電動態隨機存儲器的方法，其特征在于，包括以下步驟：

(1)對硅襯底進行清洗；

(2)在清洗后的硅襯底上生長氧化層；

(3)第一次光刻，形成源漏區：

采用正膠工藝對氧化后硅襯底進行光刻，堅膜，濕法腐蝕，留膠磷(³¹P⁺)注入或硼注入，形成源漏區，注入能量和劑量分別為60～80KeV，4.0×10¹⁵～5.0×10¹⁵(cm^-3)；

(4)第二次光刻，形成襯底接觸區：

采用正膠工藝對步驟(3)處理后的硅襯底進行第二次光刻，堅膜，濕法腐蝕，留膠硼(BF⁺)注入或磷注入，形成襯底接觸區；注入能量和劑量分別為70～80KeV，4.0×10¹⁵～5.0×10¹⁵(cm^-3)；

(5)生長氧化層：

利用低壓化學氣相沉積對兩次光刻后的襯底進行氧化，氧化層厚度為600～700nm，之后在氮氣中對襯底進行致密化處理，溫度為850-900℃；

(6)第三次光刻，形成柵區：

采用正膠工藝對步驟(5)處理后的襯底進行光刻，堅膜，濕法腐蝕，留膠硼(¹¹B⁺)調溝注入或磷調溝注入，形成柵區；調溝注入能量和劑量分別為40～50KeV，2.0×10¹²～8.0×10¹³(cm^-3)；

(7)生長隔離層介質薄膜：

利用利用液態輸運-金屬氧化物化學氣相沉積方法，在反應腔內，在步驟(6)處理后的襯底上制備ZrO₂或TiO₂薄膜24。工藝條件為：腔體壓力25～35乇，生長溫度600～650℃，襯底轉速650～720轉/分鐘(rmp)，ZrO₂生長時間10～40分鐘，介質薄膜厚度5～100nm；TiO₂生長時間5～40分鐘，介質薄膜厚度5～150nm；

(8)生長鐵電薄膜：

利用金屬氧化物沉積方法在步驟(7)形成的隔離層介質薄膜上制備BXT鐵電薄膜；厚度為100～400nm；

或利用金屬氧化物沉積方法制備BXFY鐵電薄膜，厚度為100～400nm。

(9)制備電極金屬層：

在步驟(8)形成的鐵電薄膜上濺射電極金屬層，金屬材料為：鉑Pt，或者金Au，厚度為：150～200nm；

(10)第四次光刻，形成柵電極：

利用離子束刻蝕技術對步驟(9)制備的電極金屬層進行刻蝕，形成柵電極，刻蝕速率為：20～60nm/分鐘，或采用正膠剝離法形成柵電極；

(11)第五次光刻，形成接觸孔：

采用正膠工藝對步驟(10)處理后的襯底進行光刻，堅膜，濕法腐蝕鐵電薄膜并利用離子束刻蝕刻蝕隔離層介質薄膜，分別形成與襯底中源區、漏區以及襯底接觸區接觸的孔；其中，刻蝕鐵電薄膜速率為：20～100nm/分鐘；刻蝕隔離層介質薄膜速率為：1.5～3nm/分鐘；

(12)制備金屬層：

對步驟(11)處理后的襯底上進行常溫濺射金屬鋁，厚度約為：800～1200nm。

(13)第六次光刻，形成源極、漏極以及襯底接觸金屬層：

采用常規的濕法腐蝕鋁或者干法刻蝕鋁，或者正膠剝離鋁，對步驟(12)處理后的金屬層進行光刻和刻蝕，形成分別與源區、漏區和襯底接觸區接觸的源極金屬層、漏極金屬層以及襯底接觸電極金屬層；

(14)合金化處理：

對步驟(13)處理后的襯底在420℃～450℃氮氣中進行退火處理20～40分鐘。