基于掺杂氮化铝薄膜的1T1C铁电存储器及其制备方法技术

本发明专利技术公开一种基于掺杂氮化铝薄膜的1T1C铁电存储器及其制备方法，涉及半导体制造技术领域。所述1T1C铁电存储器包括：氧化物绝缘层、衬底、栅极电极、源极区、漏极区、漏极电极、源极电极、电容底电极、铁电层、电容顶电极、钝化保护层、源极接触点、栅极接触点、漏极接触点、电容底电极接触点和电容顶电极接触点；其中，所述氧化物绝缘层包括第一绝缘区域和第二绝缘区域；本发明专利技术能够制备基于Al1‑

【技术实现步骤摘要】
基于掺杂氮化铝薄膜的1T1C铁电存储器及其制备方法


[0001]本专利技术涉及半导体制造
，特别是涉及一种基于掺杂氮化铝薄膜的1T1C铁电存储器及其制备方法。

技术介绍

[0002]铁电存储器在现代计算机科学领域发挥着重要的作用。这种存储器具有非易失性和高密度存储的特点，适用于各种场合，例如嵌入式系统、智能终端和数据中心等。其中，1T1C结构是铁电存储器的一种常见结构形式，即一个晶体管一个电容，该结构利用铁电材料的双稳态性质实现数据的存储。由于铁电材料的双稳态性质，即在外加电场的作用下，铁电材料具有两种稳定的极化状态，分别对应0和1两种不同的存储状态，所以铁电材料在铁电存储器中被广泛应用。在1T1C结构中，铁电薄膜作为电容的铁电层，是实现铁电存储器功能的关键材料
[0003]目前一种新型的铁电材料Al1‑
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N正在崛起，相比之前的氧化铪基材料其拥有极高的剩余极化值，能提高1T1C存储器的稳定性、可靠性以及存储密度。目前制备Al1‑
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N的常规方法为物理气相沉积(PVD)，这种方法得到的Al1‑
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N薄膜质量不佳，不利于1T1C存储器长期使用，并且目前还未有基于Al1‑
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N的1T1C存储器件，当前的1T1C铁电存储器仍然存在稳定性、可靠性和存储密度不高的问题。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提供一种基于掺杂氮化铝薄膜的1T1C铁电存储器及其制备方法，能够制备基于Al1‑
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X
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N的1T1C存储器，提高1T1C铁电存储器的稳定性、可靠性和存储密度。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：
[0006]一种基于掺杂氮化铝薄膜的1T1C铁电存储器，包括：
[0007]氧化物绝缘层、衬底、栅极电极、源极区、漏极区、漏极电极、源极电极、电容底电极、铁电层、电容顶电极、钝化保护层、源极接触点、栅极接触点、漏极接触点、电容底电极接触点和电容顶电极接触点；
[0008]其中，所述氧化物绝缘层包括第一绝缘区域和第二绝缘区域；
[0009]所述衬底上生长有所述钝化保护层；在所述衬底和所述钝化保护层中，由一端到另一端依次沉积有所述源极区、生长有所述第一绝缘区域、沉积有所述漏极区和生长有所述第二绝缘区域；
[0010]所述源极区的上表面设置有所述源极电极；所述源极电极通过通孔引线连接有所述源极接触点，且所述源极接触点设置于所述钝化保护层的上表面；所述第一绝缘区域的上表面设置有所述栅极电极；所述栅极电极通过通孔引线连接有所述栅极接触点，且所述栅极接触点设置于所述钝化保护层的上表面；所述漏极区的上表面设置有所述漏极电极；所述漏极电极通过通孔引线连接有所述漏极接触点；所述第二绝缘区域的上表面设置有所述电容底电极；所述电容底电极通过通孔引线连接有所述电容底电极接触点；所述漏极接
触点和所述电容底电极接触点相连，且均设置于所述钝化保护层的上表面；所述电容底电极的上表面依次生长有所述铁电层和所述电容顶电极；所述电容顶电极通过通孔引线连接有所述电容顶电极接触点，且设置于所述钝化保护层的上表面；所述铁电层的材质采用Al1‑
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N。
[0011]可选地，所述铁电层的厚度为3～50nm。
[0012]可选地，所述钝化保护层的材质采用氮化硅，且所述钝化保护层的厚度为100nm～200nm。
[0013]可选地，所述通孔引线的材质采用金属铝。
[0014]本专利技术还提供了一种基于掺杂氮化铝薄膜的1T1C铁电存储器制备方法，包括：
[0015]S1、在衬底上生长一层氧化物绝缘层；
[0016]S2、在氧化物绝缘层涂抹光刻胶，进行显影，刻蚀出晶体管的源极电极和漏极电极；
[0017]S3、在氧化物绝缘层上采用通过物理气相沉积方法进行沉积一层电极，作为晶体管栅极和铁电电容的底电极；
[0018]S4、对步骤S2中刻蚀出的源极区和漏极区进行离子注入掺杂；
[0019]S5、生长钝化保护层，刻蚀掉右边部分，在右边部分生长铁电层，铁电层为Al1‑
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X
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N，采用原子层沉积方法进行生长；
[0020]S6、在铁电层上生长顶电极，通过物理气相沉积方法进行沉积底电极；
[0021]S7、生长钝化保护层；
[0022]S8、刻蚀引线通孔，生长引线金属，图形化表面的引线金属，引出对应的器件端口。
[0023]可选地，各电极层的材料包括但不限于氮化钛、铝、铂、钼、钨。
[0024]可选地，所述铁电层的生长条件为：反应器升温至所需的反应温度为250
‑
450℃；反应器抽真空至所需的压力在10
‑5至10
‑7Torr之间；保持恒定的真空度。
[0025]可选地，所述原子层沉积的循环周期设置为：
[0026]S51、清洗：在循环周期的开始和结束阶段，通过向反应器中注入Ar或N2气体来消除前一个周期中剩余的气体；
[0027]S52、金属前驱体1进料：使用三甲基铝作为金属前驱体1，并将其注入到反应器中；
[0028]S53、清洗：注入Ar或N2气体，以消除过量的金属前驱体1和副产物；
[0029]S54、氮源进料：使用NH3作为氮源，并将氮源注入到反应器中；
[0030]S55、清洗：注入Ar或N2气体，以消除过量氮源以及副产物；
[0031]S56、金属前驱体2进料：X对应的前驱体作为金属前驱体2，并将金属前驱体2注入到反应器中；
[0032]S57、清洗：注入Ar或N2气体，以消除过量金属前驱体2以及副产物。
[0033]根据本专利技术提供的具体实施例，本专利技术公开了以下技术效果：
[0034]本专利技术公开了一种基于掺杂氮化铝薄膜的1T1C铁电存储器及其制备方法，所述1T1C铁电存储器包括氧化物绝缘层、衬底、栅极电极、源极区、漏极区、漏极电极、源极电极、电容底电极、铁电层、电容顶电极、钝化保护层、源极接触点、栅极接触点、漏极接触点、电容底电极接触点和电容顶电极接触点，通过将Al1‑
x
X
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N制备成1T1C铁电存储器，能够有效利用Al1‑
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X
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N剩余极化强度大的性质，在极化电荷密度和剩余极化电荷密度等性能指标方面均
表现出优越的性能，提高1T1C铁电存储器的稳定性、可靠性和存储密度。
附图说明
[0035]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，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于掺杂氮化铝薄膜的1T1C铁电存储器，其特征在于，包括：氧化物绝缘层、衬底、栅极电极、源极区、漏极区、漏极电极、源极电极、电容底电极、铁电层、电容顶电极、钝化保护层、源极接触点、栅极接触点、漏极接触点、电容底电极接触点和电容顶电极接触点；其中，所述氧化物绝缘层包括第一绝缘区域和第二绝缘区域；所述衬底上生长有所述钝化保护层；在所述衬底和所述钝化保护层中，由一端到另一端依次沉积有所述源极区、生长有所述第一绝缘区域、沉积有所述漏极区和生长有所述第二绝缘区域；所述源极区的上表面设置有所述源极电极；所述源极电极通过通孔引线连接有所述源极接触点，且所述源极接触点设置于所述钝化保护层的上表面；所述第一绝缘区域的上表面设置有所述栅极电极；所述栅极电极通过通孔引线连接有所述栅极接触点，且所述栅极接触点设置于所述钝化保护层的上表面；所述漏极区的上表面设置有所述漏极电极；所述漏极电极通过通孔引线连接有所述漏极接触点；所述第二绝缘区域的上表面设置有所述电容底电极；所述电容底电极通过通孔引线连接有所述电容底电极接触点；所述漏极接触点和所述电容底电极接触点相连，且均设置于所述钝化保护层的上表面；所述电容底电极的上表面依次生长有所述铁电层和所述电容顶电极；所述电容顶电极通过通孔引线连接有所述电容顶电极接触点，且设置于所述钝化保护层的上表面；所述铁电层的材质采用Al1‑
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X
x
N。2.根据权利要求1所述的基于掺杂氮化铝薄膜的1T1C铁电存储器，其特征在于，所述铁电层的厚度为3～50nm。3.根据权利要求1所述的基于掺杂氮化铝薄膜的1T1C铁电存储器，其特征在于，所述钝化保护层的材质采用氮化硅，且所述钝化保护层的厚度为100nm～200nm。4.根据权利要求1所述的基于掺杂氮化铝薄膜的1T1C铁电存储器，其特征在于，所述通孔引线的材质采用金属铝。5.一种基于掺杂氮化铝薄膜的1T1C铁电存储器制备方法，其特征在于，包括：S1、在...

【专利技术属性】
技术研发人员：任青华，刘鑫，丁泽新，周群辉，刘宇熙，王楠，
申请(专利权)人：上海大学，
类型：发明
国别省市：