氧化铪基铁电FTJ忆阻器及其制备方法、芯片技术

本发明专利技术提供了一种氧化铪基铁电FTJ忆阻器，应用于半导体技术领域，包括：依次设置的衬底、底电极、铁电层、氧化物插入层和顶电极，所述铁电层的材料为具有铁电极化效应的铁电材料，且极化翻转特性受外加电场调控。本发明专利技术还提供了一种氧化铪基铁电FTJ忆阻器的制备方法、芯片，可降低FTJ忆阻器规模和功耗。可降低FTJ忆阻器规模和功耗。可降低FTJ忆阻器规模和功耗。

【技术实现步骤摘要】
氧化铪基铁电FTJ忆阻器及其制备方法、芯片


[0001]本专利技术涉及半导体
，尤其涉及一种氧化铪基铁电FTJ忆阻器及其制备方法、芯片。

技术介绍

[0002]类脑计算模拟人脑的工作机制，具有自我感知、低功耗以及自我学习的优势，在人脑中，神经元通过改变神经突触之间的突触权重来实现学习和记忆等功能。近年来，从器件层面构建人工生物突触电子器件，通过调节电子器件电导实现前后神经元突触权重的模拟。新型人造突触器件不但可能成为高仿人脑计算机中的一部分，用于智能机器人、疑难病症医疗诊断、证券交易分析等新兴领域，还将在通过采集视觉、听觉、嗅觉和触觉信号来工作的计算机方面有广阔应用前景，如无人驾驶汽车、声控界面、气味识别和人造皮肤感知等。但是现有FTJ忆阻器的器件规模较大，功耗较高。

技术实现思路

[0003]本专利技术的主要目的在于提供一种氧化铪基铁电FTJ忆阻器及其制备方法、芯片，旨在解决现有FTJ忆阻器的器件规模较大，功耗较高的技术问题。
[0004]为实现上述目的，本专利技术实施例第一方面提供一种氧化铪基铁电FTJ忆阻器，包括：依次设置的衬底、底电极、铁电层、氧化物插入层和顶电极；
[0005]所述铁电层的材料为具有铁电极化效应的铁电材料，且极化翻转特性受外加电场调控。
[0006]可选的，所述衬底的材料为高掺导电材料或绝缘材料。
[0007]可选的，所述底电极的材料为导电薄膜材料，在电极夹持作用下可实现铁电薄膜极化特性。
[0008]可选的，所述底电极和所述顶电极为相同种类电极材料形成对称势垒高度，或，所述底电极和所述顶电极为不同种类电极材料形成非对称势垒高度。
[0009]可选的，所述氧化铪基铁电FTJ忆阻器用于制备crossbar结构的器件。
[0010]本专利技术实施例第二方面提供一种氧化铪基铁电FTJ忆阻器的制备方法，包括：
[0011]制备衬底；
[0012]在所述衬底上制备底电极；
[0013]在所述底电极上沉积铁电层；
[0014]在所述铁电层上沉积氧化物插入层；
[0015]在所述的氧化物插入层上沉积与所述底电极材料相同的原顶电极，得到复合结构；
[0016]对所述复合结构行进行退火，以激活所述铁电层的铁电性；
[0017]刻蚀或腐蚀所述底电极和所述原顶电极；
[0018]制备新顶电极以置换所述原顶电极。
[0019]可选的，所述衬底为高掺硅衬底，所述在所述衬底上制备底电极包括：
[0020]在所述衬底上直接生长全局底电极；
[0021]所述衬底为绝缘衬底，所述在所述衬底上制备底电极包括：
[0022]在所述衬底上生长局域底电极，通过光刻的方式引入pad实现图案化。
[0023]可选的，所述对所述复合结构行进行退火包括：
[0024]对所述复合结构行进行金属后退火。
[0025]可选的，所述原顶电极与所述底电极为相同种类电极材料；
[0026]所述新顶电极与所述底电极为相同种类电极材料或不同种类电极材料。
[0027]本专利技术实施例第三方面提供一种神经拟态视觉传感芯片，包括第一方面所述的氧化铪基铁电FTJ忆阻器。
[0028]本专利技术具有以下有益效果：
[0029]1.以集成电路为代表的微电子技术的进步，对基础元器件的小型化、高密度和低功耗的需求日益显著。尤其是器件特征尺寸不断缩小，当工艺节点进入到0.1um以下以后，SiO2介质厚度已经开始慢慢接近物理极限，氧化铪(HfO2)具有合适的高介电常数，高势垒，与硅材料晶格匹配，良好的热稳定性和化学稳定性。锆(Zr)，硅(Si)或者某些稀土元素掺杂后的氧化铪薄膜表现出明显的铁电特性。以锆掺杂氧化铪铁电(HZO)为例，HZO具有与硅集成电路工艺兼容、尺寸小等优点。HZO电学性能可以简单的通过改变ALD循环比来精确控制。其薄膜的物理膜厚达到纳米尺寸，利于器件的小型化、高速化和低功耗。
[0030]2.本专利技术基于氧化铪铁电(HZO)的FTJ忆阻器，铁电材料独特的铁电极化和非易失特性，为获得较大的剩余极化强度和矫顽电场，提供多级电导调控能力，实现器件结构和制备工艺上优化，器件具有信息的非破坏性读取，非易失性、掺杂窗口大、剩余极化强度高等优点，在新型信息存储和神经拟态计算芯片中具有广泛的应用前景。
[0031]3.本专利技术采用顶电极置换的工艺，一方面改善了铁电/金属界面的势垒，另一方面提升了器件结构的灵活度，因此，该专利技术无论是在器件结构还是在工艺完备性方面为铪基FTJ忆阻器件性能的提升提供了优化的器件和工艺技术方案。
附图说明
[0032]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0033]图1为本专利技术一实施例提供的氧化铪基铁电FTJ忆阻器的结构示意图；
[0034]图2为本专利技术一实施例提供的氧化铪基铁电FTJ忆阻器的PE曲线示意图；
[0035]图3为本专利技术一实施例提供的氧化铪基铁电FTJ忆阻器的电滞回曲线示意图；
[0036]图4为本专利技术一实施例提供的氧化铪基铁电FTJ忆阻器的开关比曲线示意图；
[0037]图5为本专利技术一实施例提供的氧化铪基铁电FTJ忆阻器的制备方法的流程示意图；
[0038]图6为本专利技术一实施例提供的氧化铪基铁电FTJ忆阻器的顶电极置换的示意图。
具体实施方式
[0039]为使得本专利技术的专利技术目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而非全部实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0040]请参阅图1，图1为本专利技术一实施例提供的氧化铪基铁电FTJ忆阻器的结构示意图，该氧化铪基铁电FTJ忆阻器包括依次设置的衬底100、底部电极200、铁电层300、氧化物插入层400和顶电极500，该铁电层300的材料为具有铁电极化效应的铁电材料，且极化翻转特性受外加电场调控。
[0041]在本专利技术一实施例中，该衬底100的材料为高掺导电材料或绝缘材料，包括但不局限于高掺杂硅/二氧化硅、蓝宝石、低阻硅、碳化硅、锗、金刚石或柔性材料。
[0042]在本专利技术一实施例中，该底部电极200的材料为导电薄膜材料，在电极夹持作用下可实现铁电薄膜极化特性。具体的，底部电极200是在衬底100上直接生长的底部电极200或者在衬底100上进行底部电极200的图案化，电极材料是导电性好的导电薄膜材料，例如钨金属、氮化钛、氧化铟锡(ITO)、氮化钽、金、铂等金属材料。
[0043]更本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种氧化铪基铁电FTJ忆阻器，其特征在于，包括：依次设置的衬底、底电极、铁电层、氧化物插入层和顶电极；所述铁电层的材料为具有铁电极化效应的铁电材料，且极化翻转特性受外加电场调控。2.根据权利要求1所述的氧化铪基铁电FTJ忆阻器，其特征在于，所述衬底的材料为高掺导电材料或绝缘材料。3.根据权利要求1所述的氧化铪基铁电FTJ忆阻器，其特征在于，所述底电极的材料为导电薄膜材料，在电极夹持作用下可实现铁电薄膜极化特性。4.根据权利要求1所述的氧化铪基铁电FTJ忆阻器，其特征在于，所述底电极和所述顶电极为相同种类电极材料形成对称势垒高度，或，所述底电极和所述顶电极为不同种类电极材料形成非对称势垒高度。5.根据权利要求1所述的氧化铪基铁电FTJ忆阻器，其特征在于，所述氧化铪基铁电FTJ忆阻器用于制备crossbar结构的器件。6.一种氧化铪基铁电FTJ忆阻器的制备方法，其特征在于，包括：制备衬底；在所述衬底上制备底电极；在所述底电极上沉积铁电层；在所述铁电层上沉积氧化物插入层；在所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵妙，范志康，李艳奎，游涛，巨晨伟，
申请(专利权)人：中国科学院微电子研究所，
类型：发明
国别省市：