[發明專利]一種鐵電電容器和存儲單元及其制備方法

有效

• 申請號: 202011146593.4
• 申請日: 2020-10-23
• 公開（公告）號: CN112271255B
• 公開（公告）日: 2023-06-09
• 發明（設計）人: 廖敏;楊棋鈞;李華山;孫智杰;曾斌建;周益春
• 申請（專利權）人: 湘潭大學
• 主分類號: H10N97/00
• 分類號: H10N97/00;H10B53/30
• 代理公司: 北京中政聯科專利代理事務所(普通合伙) 11489
• 代理人: 陳超

本發明提供一種鐵電電容器及制備方法，晶體管及制備方法，存儲單元，其中，一種鐵電電容器，包括第一電極層、第二電極層和氧化鉿基鐵電薄膜；氧化鉿基鐵電薄膜設置在第一電極層的一面；第二電極層設置在氧化鉿基鐵電薄膜遠離第一電極層的一面；第一電極層的材料為金屬硅化物,第二電極層的材料為金屬硅化物或氮化物。以金屬硅化物為第一電極層(下電極)或第二電極層(上電極)，氧化鉿基鐵電薄膜為電容介質層；金屬硅化物的晶體結構為類螢石結構，此晶體結構能夠有效的誘導氧化鉿基鐵電薄膜非中心對稱的亞穩態正交相的鐵電相變，提高氧化鉿基鐵電材料的鐵電性；另外，金屬硅化物還可以改善氧化鉿基鐵電薄膜的質量，抑制界面陷阱的產生，形成良好的界面，以提高鐵電電容器的抗疲勞性能，將鐵電電容集成到晶體管上形成存儲單元，進而提高了存儲單元的抗疲勞性能。

技術領域

本發明屬于電子器件技術領域，尤其涉及一種鐵電電容器、存儲單元及制備方法。

背景技術

鐵電隨機存儲器(FeRAM)與傳統的動態隨機存儲器(DRAM)相比具有非易失性、低功耗、耐疲勞、讀寫速度快、抗輻射、集成度高等優點，因而FeRAM被認為是下一代存儲器中最有潛力的存儲器之一。FeRAM與DRAM二者主要區別是鐵電電容結構的不同，FeRAM的鐵電電容結構中的鐵電電容介質層為鐵電材料，該鐵電材料具有雙穩定的自發極化，根據鐵電材料所處的極化狀態(向上或向下極化)進行信息的存儲(“1”或“0”)。目前，商業上使用的鐵電材料多為鋯鈦酸鉛(PZT)薄膜，目前存儲器向著集成度高、成本低的方向發展，但是當PZT薄膜的厚度低于70nm時鐵電性能大大降低甚至失效，且其自身帶有污染元素，因此，PZT等傳統鐵電材料很難滿足鐵電存儲器的發展需求。鐵電電容現在存在著抗疲勞性能差等問題，這主要是由于在循環過程中鐵電性的降低和電荷在介質層中隧穿，界面存在缺陷導致，因此這與鐵電電容結構有很大的關系，即與上電極和下電極有關，改善界面質量也是提高存儲器性能的關鍵。

發明內容

(一)發明目的

本發明的目的是提供一種抗疲勞性強的鐵電電容器、存儲單元及制備方法。

(二)技術方案

為解決上述問題，本發明的第一方面提供了一種鐵電電容器，包括：第一電極層；氧化鉿基鐵電薄膜，設置在所述第一電極層的一面；第二電極層，設置在所述氧化鉿基鐵電薄膜遠離所述第一電極層的一面；其中，所述第一電極層和所述第二電極層的材料為金屬硅化物。

進一步地，所述氧化鉿基鐵電薄膜摻雜Zr、Y、Al、Gd、Sr和La中的一種或多種元素。

進一步地，所述金屬硅化物為硅化鎳、硅化鈷、硅化鉿、硅化鉑、硅化鈦、硅化鉬和硅化鎢中的一種。

本發明的第二方面提供了一種鐵電電容器的制備方法，包括：第一襯底一面沉積金屬層，用于形成第一電極層；所述第一電極層遠離所述第一襯底的一面沉積氧化鉿基鐵電薄膜；所述氧化鉿基鐵電薄膜遠離所述第一電極層的一面沉積金屬硅化物，用于形成第二電極層；對所述第一電極層、所述第二電極層和所述氧化鉿基鐵電薄膜進行快速退火處理。

本發明的第三方面提供了一種存儲單元，包括本發明第一方面提供的鐵電電容器，還包括：晶體管。