一种基于掺杂氮化铝薄膜的铁电二极管及其制备方法技术

本发明专利技术公开一种基于掺杂氮化铝薄膜的铁电二极管及其制备方法，涉及半导体制造技术领域。所述铁电二极管包括：衬底、氧化物绝缘层、底电极、铁电层、顶电极、通孔和钝化保护层；所述通孔包括第一通孔和第二通孔；在所述衬底上生长有所述氧化物绝缘层；所述氧化物绝缘层上沉积有所述底电极；所述底电极的部分区域上生长有所述铁电层；所述铁电层上沉积有所述顶电极；所述顶电极和所述底电极上生长有所述钝化保护层；所述顶电极通过所述第一通孔引出第一引线；所述底电极通过所述第二通孔引出第二引线；所述铁电层采用Al1‑

【技术实现步骤摘要】
一种基于掺杂氮化铝薄膜的铁电二极管及其制备方法


[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铁电二极管及其制备方法。

技术介绍

[0002]在存储应用方面，铁电二极管具有广泛的应用前景。然而，传统存储器(如动态随机存储器DRAM)需要周期性地刷新数据，导致功耗较高。相比之下，铁电二极管具有非易失性，即使在断电的情况下也能保持数据存储，从而具有更低的功耗和更高的能量效率。此外，铁电二极管还可以实现多比特存储，即在一个单元中存储多个数据位，进一步提高存储密度，但在实际应用中，目前的铁电二极管仍存在器件存储密度和读写速度均较低的问题。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的是提供一种基于掺杂氮化铝薄膜的铁电二极管及其制备方法，能够提高铁电二极管的存储密度和读写速度。
[0004]为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：
[0005]一种基于掺杂氮化铝薄膜的铁电二极管，包括：
[0006]衬底、氧化物绝缘层、底电极、铁电层、顶电极、通孔和钝化保护层；
[0007]所述通孔包括第一通孔和第二通孔；
[0008]在所述衬底上生长有所述氧化物绝缘层；所述氧化物绝缘层上沉积有所述底电极；所述底电极的部分区域上生长有所述铁电层；所述铁电层上沉积有所述顶电极；所述顶电极和所述底电极上生长有所述钝化保护层；所述顶电极通过所述第一通孔引出第一引线；所述底电极通过所述第二通孔引出第二引线；所述铁电层采用Al1‑
x
X
x
N薄膜。
[0009]可选地，所述铁电层的厚度为3～50nm。
[0010]可选地，所述顶电极的厚度为30nm～50nm。
[0011]可选地，所述底电极的厚度为30nm～50nm。
[0012]可选地，所述钝化保护层的材料采用氮化硅，且所述钝化保护层的厚度为100nm～200nm。
[0013]本专利技术还提供了一种基于掺杂氮化铝薄膜的铁电二极管制备方法，包括：
[0014]S1、在衬底上生长一层氧化物绝缘层；
[0015]S2、在氧化物绝缘层上采用通过物理气相沉积方法进行沉积底电极；
[0016]S3、在底电极上生长一层铁电层，采用原子层沉积方法进行生长；
[0017]S4、在铁电层表面沉积一层金属电极，通过物理气相沉积方法进行沉积底电极；
[0018]S5、通过光刻技术对金属电极进行图形化处理，得到电极形状和尺寸；
[0019]S6、生长钝化保护层，然后打通第一通孔和第二通孔引出二极管的上下两端。
[0020]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。
[0021]可选地，所述原子层沉积的循环周期设置为：
[0022]S31、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；
[0023]S32、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；
[0024]S33、清洗：注入Ar或N2气体，以消除过量的金属前驱体1以及副产物；
[0025]S34、氮源进料：使用NH3作为氮源，并将氮源注入到反应器中；
[0026]S35、清洗：注入Ar或N2气体，以消除过量的氮源以及副产物；
[0027]S36、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；
[0028]S37、清洗：注入Ar或N2气体，以消除过量的金属前驱体2以及副产物。
[0029]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：
[0030]本专利技术公开了一种基于掺杂氮化铝薄膜的铁电二极管及其制备方法，所述铁电二极管包括衬底、氧化物绝缘层、底电极、铁电层、顶电极、通孔和钝化保护层，其中，所述通孔包括第一通孔和第二通孔，通过Al1‑
x
X
x
N薄膜制备铁电层，能够使其结晶质量大幅度提升，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，显著提高铁电二极管的存储密度和读写速度。
附图说明
[0031]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，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0032]图1为本实施例中在衬底上生长氧化物绝缘层和底电极示意图；
[0033]图2为本实施例中生长铁电层和顶电极示意图；
[0034]图3为本实施例中图形化顶电极和铁电层示意图；
[0035]图4为本实施例中生长保护层示意图；
[0036]图5为本实施例中刻蚀左右通孔示意图；
[0037]图6为本实施例中生长通孔引线层示意图；
[0038]图7为本实施例中图形化引线示意图。
[0039]附图标记：
[0040]101、钝化保护层；102、顶电极；103、铁电层；104、底电极；105、氧化物绝缘层；106、衬底；201、第一引线；202、第二引线。
具体实施方式
[0041]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，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通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。
[0042]本专利技术的目的是提供一种基于掺杂氮化铝薄膜的铁电二极管及其制备方法，能够
提高铁电二极管的存储密度和读写速度。
[0043]为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细的说明。
[0044]如图7所示，本专利技术提供了一种基于掺杂氮化铝薄膜的铁电二极管，包括：衬底106、氧化物绝缘层105、底电极104、铁电层103、顶电极102、通孔和钝化保护层101。
[0045]其中，所述通孔包括第一通孔和第二通孔。
[0046]具体地，在所述衬底106上生长有所述氧化物绝缘层105；所述氧化物绝缘层105上沉积有所述底电极104；所述底电极104的部分区域上生长有所述铁电层103；所述铁电层103上沉积有所述顶电极102；所述顶电极102和所述底电极104上生长有所述钝化保护层101；所述顶电极102通过所述第一通孔引出第一引线201；所述底电极104通过所述第二通孔引出第二引线202；所述铁电层103采用Al1‑
x
X
x
N薄膜。
[0047]在本实施例中，所述铁电层103的厚度为3～50nm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铁电二极管，其特征在于，包括：衬底、氧化物绝缘层、底电极、铁电层、顶电极、通孔和钝化保护层；所述通孔包括第一通孔和第二通孔；在所述衬底上生长有所述氧化物绝缘层；所述氧化物绝缘层上沉积有所述底电极；所述底电极的部分区域上生长有所述铁电层；所述铁电层上沉积有所述顶电极；所述顶电极和所述底电极上生长有所述钝化保护层；所述顶电极通过所述第一通孔引出第一引线；所述底电极通过所述第二通孔引出第二引线；所述铁电层采用Al1‑
x
X
x
N薄膜。2.根据权利要求1所述的基于掺杂氮化铝薄膜的铁电二极管，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铁电二极管，其特征在于，所述顶电极的厚度为30nm～50nm。4.根据权利要求1所述的基于掺杂氮化铝薄膜的铁电二极管，其特征在于，所述底电极的厚度为30nm～50nm。5.根据权利要求1所述的基于掺杂氮化铝薄膜的铁电二极管，其特征在于，所述钝化保护层的材料采用氮化硅，且所述钝化保护层的厚度为100nm～200nm。6.一种基于掺杂氮化铝薄膜的铁电二极管制备方法，其特征在于，包括：S1、在衬底上生长一层氧化物绝缘层；S2、在氧化物绝缘层上采用通过物理气相沉积方法进行沉积底电极；S3、在底电极上生长一层铁电层，...

【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：