[發明專利]一種鉿基鐵電存儲器及其制備方法

有效

• 申請號: 202110683895.3
• 申請日: 2021-06-21
• 公開（公告）號: CN113437049B
• 公開（公告）日: 2022-10-11
• 發明（設計）人: 朱顥;陳佩瑤;劉逸倫;曹園園;孫清清
• 申請（專利權）人: 復旦大學
• 主分類號: H01L23/64
• 分類號: H01L23/64;H01L27/11507;H01L21/02;C23C16/40
• 代理公司: 北京得信知識產權代理有限公司 11511
• 代理人: 孟海娟

本發明公開一種鉿基鐵電存儲器及其制備方法。該鉿基鐵電存儲器包括多個鉿基鐵電存儲器單元，所述鉿基鐵電存儲器單元包括：襯底；底電極，形成在所述襯底上；鉿基鐵電體，其為經退火后的鉿鋁氧薄膜，形成在所述底電極上；頂電極，形成在所述鉿鋁氧薄膜上。基于高質量的鐵電HAO薄膜形成非易失性鐵電存儲器單元，實現了長期保持，高耐用性和穩定的存儲特性，以及高剩余極化強度，并利用多個鉿基鐵電存儲器單元搭建邏輯電路，實現了存算一體的功能。

技術領域

本發明涉及存儲器技術領域，具體涉及一種鉿基鐵電存儲器及其制備方法。

背景技術

隨著工藝節點的快速縮小，人們在制造工藝中遇到越來越多的棘手的問題，摩爾定律的延續因此也即將走向尾聲，但是科技的發展永無止境，因此對集成電路行業的要求也越來越高，為了繼續將摩爾定律延續下去，人們開始尋找更多的替代方式，其中氧化鉿作為一種高K介質材料，具有非常多的特性，可以滿足CMOS工藝中的柵介質材料所需性質，能夠很好地與硅基底匹配兼容到集成電路制造工藝中。

HfO₂作為取代二氧化硅材料作為MOS管中的柵介質層，具有天生的許多優點。介電常數高(約為25)，能量帶隙寬(約5.7eV)，與硅晶格具有適配的晶格參數，在硅基底上能夠穩定存在，同時氧化鉿具有高的熱穩定性和可靠性。

2011年，更具重大意義的發現出現了，HfO₂薄膜被報道通過一定的手段能夠誘導出鐵電性，該報道在學術界引起了廣泛的興趣。同時人工智能作為在人類在科學道路上的必經之路，打破固有的“存儲墻”障礙，實現存算一體融合的腳步刻不容緩。

發明內容

為了解決上述問題，本發明公開一種鉿基鐵電存儲器，包括多個鉿基鐵電存儲器單元，利用多個鉿基鐵電存儲器單元搭建邏輯電路，實現存算一體的功能，其中，所述鉿基鐵電存儲器單元包括：襯底；底電極，形成在所述襯底上；鉿基鐵電體，其為經退火后的鉿鋁氧薄膜，形成在所述底電極上；頂電極，形成在所述鉿鋁氧薄膜上。

本發明的鉿基鐵電存儲器中，優選為，所述底電極為Ti/Pt。

本發明的鉿基鐵電存儲器中，優選為，所述頂電極為TiN。

本發明還公開一種鉿基鐵電存儲器制備方法，包括以下步驟：在襯底上形成底電極；在所述底電極上形成鉿鋁氧薄膜；在所述鉿鋁氧薄膜上形成頂電極；進行退火使所述鉿鋁氧薄膜結晶形成鐵電體獲得鉿基鐵電存儲器單元，利用多個鉿基鐵電存儲器單元搭建邏輯電路，實現存算一體的功能。

本發明的鉿基鐵電存儲器制備方法中，優選為，所述底電極為Ti/Pt。

本發明的鉿基鐵電存儲器制備方法中，優選為，所述頂電極為TiN。

本發明的鉿基鐵電存儲器制備方法中，優選為，采用原子層沉積方法形成所述鉿鋁氧薄膜。

本發明的鉿基鐵電存儲器制備方法中，優選為，采用原子層沉積方法形成所述鉿鋁氧薄膜的過程中，鉿元素和鋁元素的生長循環比為34:1。

本發明的鉿基鐵電存儲器制備方法中，優選為，所述退火過程在氮氣氛圍下進行，溫度為500℃～800℃，時間為30s。

本發明基于高質量的鐵電鉿鋁氧薄膜形成非易失性鐵電存儲器單元，實現了長期保持，高耐用性和穩定的存儲特性，以及高剩余極化強度，并利用多個鉿基鐵電存儲器單元搭建邏輯電路，實現了存算一體的功能。

附圖說明

圖1是鉿基鐵電存儲器制備方法的流程圖。

圖2是形成底電極后的器件結構示意圖。

圖3是形成鉿鋁氧薄膜后的器件結構示意圖。

圖4是光刻形成電極圖案后的器件結構示意圖。

圖5是形成頂電極后的器件結構示意圖。