[發(fā)明專利]DRAM氧化物電極、DRAM及其應(yīng)用

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010545328.7
• 申請日: 2020-06-15
• 公開（公告）號: CN111883517A
• 公開（公告）日: 2020-11-03
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 徐光偉;熊文豪;龍世兵;趙曉龍;白衛(wèi)平
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)
• 主分類號: H01L23/64
• 分類號: H01L23/64;H01L27/108
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 劉歌

一種DRAM氧化物電極、DRAM及其應(yīng)用，該氧化物電極采用的材料包括RuO_x、IrO_x、PdO_x、PtO_x、AgO_x、AuO_x、Ga₂O₃中的任一種或多種組合。本發(fā)明針提出新的電極材料，包括高功函數(shù)的金屬氧化物電極RuO_x、IrO_x、PdO_x、PtO_x、AgO_x和AuO_x，以及金屬氧化物半導(dǎo)體Ga₂O₃；本發(fā)明氧化物電極與氧化物介電材料結(jié)合界面更好，可以減少缺陷和抑制低介電層的形成，進一步降低漏電和提高電容密度。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于存儲器領(lǐng)域，具體涉及一種DRAM氧化物電極、DRAM及其應(yīng)用。

背景技術(shù)

隨著大數(shù)據(jù)、云計算、物聯(lián)網(wǎng)、AI等的發(fā)展，存儲器在整個產(chǎn)業(yè)鏈中扮演的角色愈發(fā)重要。從現(xiàn)有計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)來看，存儲器分為緩存、內(nèi)存和外存。DRAM(動態(tài)隨機存取存儲器)體積小、集成度高、功耗低，同時速度比所有ROM(只讀存儲器)快，再加上其價格相較于SRAM(靜態(tài)隨機存取存儲器)便宜得多，因此一直是內(nèi)存的不二之選。數(shù)十年來DRAM一直采用1T1C(一個晶體管一個電容)結(jié)構(gòu)，其中晶體管常用場效應(yīng)晶體管，電容有SIS(半導(dǎo)體/絕緣體/半導(dǎo)體)、MIS(金屬/絕緣體/半導(dǎo)體)和MIM(金屬/絕緣體/金屬)結(jié)構(gòu)。隨著集成度與性能的不斷提升，1T1C中的電容材料發(fā)生了多次演變，由最初SiO₂介電層和多晶硅電極構(gòu)成的SIS電容發(fā)展到如今ZAZ(ZrO₂和Al₂O₃疊層)介電材料和TiN電極構(gòu)成的MIM電容。想要得到更高性能的DRAM，新材料的引入必不可少。

目前，保持足夠大的電容和足夠低的漏電流是DRAM正常工作的必要條件。隨著集成度提高，電容的特征尺寸和極板面積持續(xù)下降，所以必須使用更薄或/和更高介電常數(shù)的介電材料以提高電容密度。現(xiàn)有的電極材料由于其自身特性限制，功函數(shù)還不夠高，與介電材料尤其超高介電材料的勢壘高度不夠大，接觸界面亦未達到最優(yōu)，這會引起漏電流上升，電容密度下降，影響DRAM的性能及正常工作。

對于DRAM電容材料選擇有以下幾點要求。對于介電材料而言，隨著DRAM尺寸逐漸減小，在保證足夠大的電容值的要求下，需要介電材料更薄，介電常數(shù)更大；對于電極材料而言，為了保證電容足夠低的漏電流，需要高功函數(shù)電極材料，提高其與介電層之間的勢壘。同時為了保證DRAM對存儲單元的訪問速度，電極材料需要較低的電阻率。經(jīng)過數(shù)十年的發(fā)展，如今常用的介電材料是ZAZ(ZrO₂和Al₂O₃疊層)，電極材料是TiN，其中TiN電極材料的功函數(shù)約4.5-4.7eV。隨著DRAM演進到新的技術(shù)節(jié)點，電容尺寸進一步微縮，對電容密度的需求進一步增大，必須采用更薄和/或更高介電常數(shù)(通常更低禁帶寬度)的介電層，TiN電極將很難滿足低漏電的要求，因此需要更高功函數(shù)的電極來替代。

針對DRAM更小尺寸下電容的漏電情況，對于電容電極材料的選擇有以下幾點需求：為保證漏電在可接受范圍內(nèi)，新的電極材料需要更高的功函數(shù)，與介電材料形成更高的勢壘，以及更好的接觸界面。為保證DRAM的工作頻率，新電極材料的阻值不能太大。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明的主要目的之一在于提出一種DRAM氧化物電極、DRAM及其應(yīng)用，以期至少部分地解決上述技術(shù)問題中的至少之一。