專利名稱：基于鋯鈦酸鉛存儲(chǔ)介質(zhì)的鐵電動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器及制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于微電子新材料與器件技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種基于鋯鈦酸鉛(PZT)和 高介電常數(shù)薄膜(簡(jiǎn)稱高K介質(zhì)薄膜)的鐵電動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器(FEDRAM)的制備技術(shù)。
背景技術(shù)：
鐵電材料具有自發(fā)極化且自發(fā)極化能隨外加電場(chǎng)而取向，去掉外電場(chǎng)后，鐵電 材料的極化可以處于大小相等、方向相反的兩個(gè)剩余極化(士P》狀態(tài)，這兩種穩(wěn)定的極 化狀態(tài)可以在外電場(chǎng)的作用下實(shí)現(xiàn)“1”和“0”狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換，因而可作為存儲(chǔ)器的 二進(jìn)制代碼。由于不需要依靠外電場(chǎng)來(lái)保持記憶，因此，早在1952年，Anderson就利用 這種原理首次提出了非揮發(fā)性鐵電隨機(jī)存儲(chǔ)器(Nonvolatile Ferroelectric Random Acces sMemory-NVFRAM)的概念。非揮發(fā)性鐵電存儲(chǔ)器主要有兩種結(jié)構(gòu)形式一種是鐵電隨機(jī)存取存儲(chǔ)器 (FeRAM)，一種是鐵電場(chǎng)效應(yīng)晶體管(FeFET)。FeRAM的存儲(chǔ)單元主要是依靠鐵電電容來(lái)進(jìn) 行數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)，鐵電電容是其核心。FeRAM具有不揮發(fā)、寫(xiě)入快、功耗低、可擦寫(xiě)次數(shù)多以及 抗輻射能力強(qiáng)等特點(diǎn)，已成為非揮發(fā)鐵電存儲(chǔ)器中發(fā)展最快的一類。但是存在的缺點(diǎn)是對(duì) 數(shù)據(jù)的讀出具有破壞性，必須采取回寫(xiě)方式；同時(shí)，由于采用電容結(jié)構(gòu)也限制了存儲(chǔ)容量的 進(jìn)一步提高。FeFET是將鐵電薄膜直接沉積在場(chǎng)效應(yīng)管(FET)的柵區(qū)，利用鐵電材料的自發(fā)極 化對(duì)源漏間電流的控制來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的存取，由于這種結(jié)構(gòu)不含鐵電電容，因而尺寸較小， 可以得到較FeRAM更高的存儲(chǔ)密度；同時(shí)FeFET的存儲(chǔ)原理決定了其非破壞性的數(shù)據(jù)讀 出。理論上，F(xiàn)eFET較FeRAM更能體現(xiàn)鐵電存儲(chǔ)器的優(yōu)勢(shì)。因此，早在1955年，貝爾實(shí)驗(yàn) 室就首次提出了關(guān)于FeFET的想法，但直到1974年，S. Y. Wu等人才首次報(bào)道了基于鈦酸 鉍(Bi4Ti3O12)鐵電薄膜的FET器件。但是由于鐵電薄膜與Si (F-S)之間的界面存在著注 入電荷、界面陷阱以及薄膜本身的缺陷等問(wèn)題，使得FeFET的保持時(shí)間不夠長(zhǎng)。為了有效 利用FeFET結(jié)構(gòu)本身的一些優(yōu)勢(shì)，又克服FeFET在實(shí)現(xiàn)中遇到的困難，2000年，美國(guó)耶魯大 學(xué)電子工程系T. P. Ma教授的鐵電存儲(chǔ)器研究小組認(rèn)為這種有限的保持時(shí)間總比動(dòng)態(tài)隨機(jī) 存儲(chǔ)器(DRAM)的刷新時(shí)間長(zhǎng)得多，因此，首次提出了鐵電動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器(FEDRAM)的概 念(見(jiàn) T. P. Ma, J. P. Han, A ferroelectric dynamicrandom access memory, U. S. Patent 6067244 (2000))。FEDRAM是將鐵電薄膜用作MOSFET的柵介質(zhì)，并在鐵電薄膜與Si之間加 入隔離層，從而形成金屬-鐵電薄膜-隔離層-Si (MFIS-FET)場(chǎng)效應(yīng)晶體管結(jié)構(gòu)，如圖1所 示，包括硅襯底11，源區(qū)12、漏區(qū)13，隔離層介質(zhì)膜14，鐵電薄膜層15，柵電極16，源極17， 漏極18。在硅襯底11中形成源區(qū)12和漏區(qū)13，在硅襯底11的上方形成隔離層介質(zhì)膜14， 在隔離層介質(zhì)膜14上方形成鐵電薄膜層15，在鐵電薄膜層15上形成柵電極16。源極17 和漏極18在柵電極16的兩側(cè)。在上述結(jié)構(gòu)中，硅襯底11中形成源區(qū)12和漏區(qū)13，其端部分別與隔離層介質(zhì) 膜14中的一部分接觸。隔離層介質(zhì)膜14為氮化物(Si3N4)。鐵電薄膜層15為鉭酸鍶鉍(SrBi2Ta2O9ISBT)。柵電極16為金(Au)或者鉬(Pt)。源極17和漏極18為鋁(Al).上述器件結(jié)構(gòu)的制備工藝包括(1)對(duì)ρ型Si基片上先進(jìn)行清洗和氧化，ρ型Si基片電阻率為6-9 Ω · cm或者21-24 Ω · cm,氧化層厚度為IOOOnm ；(2)利用磷(P2O5)進(jìn)行注入形成源漏區(qū)；(3)制備隔離層介質(zhì)薄膜利用噴射氣相沉積(JVD)方法生長(zhǎng)氮化硅(Si3N4)隔離層介質(zhì)薄膜，薄膜厚度約為 5 6nm ；之后在氮?dú)庵型嘶?0分鐘，溫度為800°C ；(4)制備鐵電薄膜利用金屬氧化物沉積(MOD)方法生長(zhǎng)鉭酸鍶鉍(SrBi2Ta2O9，簡(jiǎn)寫(xiě)為SBT)鐵電薄 膜，厚度為200 260nm ；并在氧氣中退火1小時(shí)，溫度為800 900°C ；(5)制備柵電極利用電子束蒸發(fā)鉬電極(Pt)，或者熱蒸發(fā)金(Au)形成柵電極；(6)熱蒸發(fā)鋁電極(Al)形成源極和漏極金屬層；(7)合金化處理在400°C氮?dú)夂蜌錃?N2 H2 = 5% 95% )中進(jìn)行合金化退火處理30分鐘。從結(jié)構(gòu)上看，這是一種新型的單管DRAM(通常的DRAM單元為ITlC結(jié)構(gòu))。它與傳 統(tǒng)的DRAM相比，具有如下優(yōu)點(diǎn)(1)保持時(shí)間比傳統(tǒng)的DRAM( < Is)長(zhǎng)得多；(2)由于無(wú)需存儲(chǔ)電容，因而單元尺寸減小，有利于存儲(chǔ)密度的提高；(3)無(wú)需存 儲(chǔ)電容以及刷新頻率的極大縮短使得功耗降低；(4)無(wú)需存儲(chǔ)電容使其更易與邏輯器件集 成，實(shí)現(xiàn)FEDRAM的嵌入式應(yīng)用。FEDRAM的工作原理是在柵上施加了一個(gè)正脈沖之后，鐵電材料處在正的剩余極 化狀態(tài)。鐵電層底部的正極化電荷將被半導(dǎo)體中的反型層電荷補(bǔ)償，這樣半導(dǎo)體襯底中 就形成了一個(gè)連接源區(qū)和漏區(qū)的導(dǎo)電溝道。在源漏之間加上一定的電壓，便會(huì)產(chǎn)生源漏 電流，，也就是所謂的開(kāi)態(tài)，對(duì)應(yīng)著存儲(chǔ)“1”態(tài)。如果在柵上施加了一個(gè)負(fù)脈沖，鐵電層處 于負(fù)的極化狀態(tài)，半導(dǎo)體襯底處在積累區(qū)，沒(méi)有導(dǎo)電溝道，F(xiàn)ET處于“關(guān)斷”狀態(tài)，即對(duì)應(yīng)著 “0”態(tài)。與FeFET相比，F(xiàn)EDRAM在工作時(shí)需要刷新，以使存儲(chǔ)的信息得以維持，與DRAM相 比，F(xiàn)EDRAM具有較長(zhǎng)的保持時(shí)間，因而可以減小刷新頻率。而作為鐵電存儲(chǔ)器另一類型的 FeFET是非揮發(fā)性的，理論上不需要刷新。因此，與FeFET相比，F(xiàn)EDRAM在實(shí)現(xiàn)上更具可行 性，從而使得FeFET獲得了新的發(fā)展空間。耶魯大學(xué)公開(kāi)的上述結(jié)構(gòu)中采用鉭酸鍶鉍(SrBi2Ta2O9 = SBT)作為柵介質(zhì)材料。但 SBT薄膜的剩余極化強(qiáng)度較小，并且成膜溫度較高，不利于鐵電電容與標(biāo)準(zhǔn)CMOS集成工藝 的兼容。在薄膜的制備技術(shù)上，使用的薄膜制備方法是噴射氣相沉積(JVD)方法，不利于大 面積均勻薄膜的實(shí)現(xiàn)。采用氮化物作為隔離層介質(zhì)，由于其介電常數(shù)較小，使得操作電壓較 高，不利于器件功耗的降低。高K介質(zhì)薄膜是指具有較高介電常數(shù)的金屬氧化物薄膜，例如Hf02，ZrO2, Pr2O3, Gd2O3，La2O3，Y2O3，Hf-Al-O以及Hf-Si-O等，這些材料具有較好的電學(xué)性能、熱力學(xué)穩(wěn)定性、 良好的界面效應(yīng)、以及與硅工藝的兼容性和較好的可靠性，因此，在集成電路工藝線寬逐漸 縮小的趨勢(shì)下，能夠代替?zhèn)鹘y(tǒng)的柵介質(zhì)(例如Si02，Si3N4),以滿足在不減小晶體管柵極厚度的同時(shí)，增大其電容的目的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為克服已有技術(shù)的不足之處，提出一種基于鋯鈦酸鉛(PZT)存儲(chǔ) 介質(zhì)的鐵電動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器及其制備方法。本發(fā)明采用新型的存儲(chǔ)材料和隔離層介質(zhì)薄膜 和新的制備方法，獲得了大面積、均勻致密的、性能良好的存儲(chǔ)介質(zhì)薄膜和隔離層材料，其 薄膜厚度變化范圍較大，用其制備的FEDRAM器件具有更小的漏電，更高的保持特性。本發(fā)明提出的一種基于鋯鈦酸鉛存儲(chǔ)介質(zhì)的鐵電動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器，包括硅襯底， 源區(qū)、漏區(qū)，隔離層介質(zhì)膜，鐵電薄膜層，柵電極，源極，漏極，以及用于測(cè)試該存儲(chǔ)器的襯底 接觸區(qū)和襯底接觸電極；其中，在硅襯底中形成源區(qū)、漏區(qū)和襯底接觸區(qū)，在硅襯底的上面 形成隔離層介質(zhì)膜，在隔離層介質(zhì)膜上面形成鐵電薄膜層，在鐵電薄膜層上面形成柵電極； 源極和漏極在柵電極的兩側(cè)。其特征在于，所述隔離層介質(zhì)為Hf02、Hf-Al-0、Ti02、Al203中 的任意一種；所述鐵電薄膜層為Pb(ZivxTix)O3,各組份的摩爾比例為Pb (Zr+Ti) 0 =1 1 3, Zr Ti = (1-x) x，其中，χ 取值范圍為 0. 1 < χ < 1. 0。上述鐵電動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器的制備方法包括以下步驟(1)對(duì)硅襯底進(jìn)行清洗；(2)在清洗后的硅襯底上生長(zhǎng)氧化層，氧化層厚度為650 900nm ；(3)第一次光刻，形成源漏區(qū)采用正膠工藝對(duì)氧化后硅襯底進(jìn)行光刻，堅(jiān)膜，濕法腐蝕，留膠磷(31P+)注入或硼 注入，形成源漏區(qū)，注入能量和劑量分別為60 80KeV，4. OXlO15 5. OX IO15cnT3 ；(4)第二次光刻，形成襯底接觸區(qū)采用正膠工藝對(duì)步驟(3)處理后的硅襯底進(jìn)行第二次光刻，堅(jiān)膜，濕法腐蝕，留膠 硼(BF+)注入或磷注入，形成襯底接觸區(qū)；注入能量和劑量分別為70 80KeV，4. OX IO15 5. OXlO15Cnr3 ；(5)生長(zhǎng)氧化層利用低壓化學(xué)氣相沉積對(duì)兩次光刻后的襯底進(jìn)行第二次氧化，氧化層厚度為 600 700nm，之后在氮?dú)庵袑?duì)襯底進(jìn)行致密化處理，溫度為850-900°C ；(6)第三次光刻，形成柵區(qū)采用正膠工藝對(duì)步驟(5)處理后的襯底進(jìn)行光刻，堅(jiān)膜，濕法腐蝕，留膠硼(11B+) 調(diào)溝注入或磷調(diào)溝注入，形成柵區(qū)；調(diào)溝注入能量和劑量分別為40 50KeV，2. OXlO12 8. OXlO13Cnr3 ；(7)生長(zhǎng)隔離層介質(zhì)薄膜利用原子層沉積技術(shù)在步驟(6)處理后的襯底上制備HfO2、Hf-Al-0, TiO2、Al2O3 中的任意一種隔離層介質(zhì)薄膜；反應(yīng)溫度為100 230°C，薄膜厚度為5 20nm ；(8)生長(zhǎng)鐵電薄膜利用液態(tài)輸運(yùn)_金屬氧化物化學(xué)氣相沉積方法，在反應(yīng)腔內(nèi)，在步驟(7)形成的隔 離層介質(zhì)薄膜上制備PZT薄膜；工藝條件為腔體壓力25 35乇，生長(zhǎng)溫度560 650°C， 襯底轉(zhuǎn)速650 720轉(zhuǎn)/分鐘(rmp)，生長(zhǎng)時(shí)間20 60分鐘，薄膜厚度100 300nm ；(9)制備電極金屬層
在步驟(8)形成的鐵電薄膜上濺射電極金屬層，金屬材料為鉬Pt，或者金Au，厚 度約為150 200nm ；(10)第四次光刻，形成柵電極利用離子束刻蝕技術(shù)對(duì)步驟(9)制備的電極金屬層進(jìn)行刻蝕，形成柵電極，刻蝕 速率為20 60nm/分鐘，或采用正膠剝離法形成柵電極；(11)第五次光刻，形成接觸孔采用正膠工藝對(duì)步驟(10)處理后的襯底進(jìn)行光刻，堅(jiān)膜，濕法腐蝕鐵電薄膜并利 用離子束刻蝕(IBE)刻蝕隔離層介質(zhì)薄膜，分別形成與襯底中源區(qū)、漏區(qū)以及襯底接觸區(qū) 接觸的孔；；其中，刻蝕鐵電薄膜速率為20 IOOnm/分鐘；刻蝕隔離層介質(zhì)薄膜速率為 1. 5 3nm/分鐘；(12)制備金屬層對(duì)步驟(11)處理后的襯底上進(jìn)行常溫濺射鋁電極，厚度約為800 1200nm ；(13)第六次光刻(Al)，形成源極、漏極以及襯底接觸金屬層采用濕法腐蝕Al或者干法刻蝕Al，或者正膠剝離Al，對(duì)步驟(10)處理后金屬層 進(jìn)行光刻和刻蝕，形成分別與源漏區(qū)、襯底接觸區(qū)接觸的源極金屬層、漏極金屬層以及襯底 接觸電極金屬層；(14)合金化處理對(duì)步驟(13)處理后的襯底在420°C 450°C氮?dú)庵羞M(jìn)行退火處理20 40分鐘。本發(fā)明的有益效果在本發(fā)明中，采用高K介質(zhì)薄膜作為隔離層(如Hf02、Hf-Al-0、Ti02、Al203)，利用 原子層沉積技術(shù)(ALD)進(jìn)行隔離層薄膜制備，并采用金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積(LD-MOCVD)技 術(shù)進(jìn)行PZT鐵電薄膜的制備。與以前研究者的不同之處在于采用不同的存儲(chǔ)介質(zhì)和隔離 層材料，不同的薄膜制備方法以及工藝條件，獲得了大面積、均勻致密的、性能良好的存儲(chǔ) 介質(zhì)薄膜和隔離層材料，其薄膜厚度變化范圍較大，并將其用于FEDRAM的制備中。其效果將使得鐵電薄膜具有更大的剩余極化強(qiáng)度，較低的操作電壓，薄膜厚度范 圍較寬。本發(fā)明中，利用LD-MOCVD方法制備的PZT鐵電薄膜，具有更好的均勻性和穩(wěn)定性， 易與CMOS集成工藝相兼容，使其制備的FEDRAM器件具有更小的漏電，更高的保持特性。


圖1為已有的FEDRAM器件單元結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明的FEDRAM器件單元結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明提出的基于鋯鈦酸鉛(PZT)存儲(chǔ)介質(zhì)的鐵電動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器(FEDRAM)及 其制備方法結(jié)合附圖及實(shí)施例詳細(xì)說(shuō)明如下本發(fā)明提出的FEDRAM器件結(jié)構(gòu)，如圖2所示，包括硅襯底21，源區(qū)22、漏區(qū)23， 隔離層介質(zhì)膜24，鐵電薄膜層25，柵電極26，源極27，漏極28，以及用于測(cè)試該存儲(chǔ)器的襯 底接觸區(qū)29和襯底接觸電極30 ；硅襯底21中形成源區(qū)22，漏區(qū)23和襯底接觸區(qū)29，在硅 襯底21的上方形成隔離層介質(zhì)膜24，在隔離層介質(zhì)膜24上方形成鐵電薄膜層25，在鐵電薄膜層25上方形成柵電極26。源極27和漏極28在柵電極26的兩側(cè)。襯底21為ρ型硅，源區(qū)為η+區(qū)，漏區(qū)為η+區(qū)；或襯底21為η型硅，源區(qū)為ρ+區(qū)， 漏區(qū)為P+區(qū)。源區(qū)22和漏區(qū)23，其端部與所屬隔離層介質(zhì)膜24的一部分接觸。本發(fā)明的結(jié)構(gòu)與已有的FEDRAM基本相同，其區(qū)別技術(shù)特征是采用不同的存儲(chǔ)介 質(zhì)和隔離層材料，不同的薄膜制備方法以及工藝條件，具體說(shuō)明如下本發(fā)明的隔離層介質(zhì)24為Hf02、Hf-Al-0、TiO2、Al2O3中的任意一種。本發(fā)明的鐵電薄膜層25為Pb (ZivxTix) O3 (PZT)，各組份的摩爾比例為 Pb (Zr+Ti) 0 = 1 1 3,Zr Ti = (l-χ) χ，其中，χ取值范圍為 0. 1 < χ < 1. 0， 更佳的取值范圍可為0. 2彡χ彡0. 7 ；所述薄膜厚度為IOOnm 300nm。本發(fā)明的柵電極26為金Au，鉬Pt，鋁Al中的任意一種；源極27，漏極28和襯底 接觸電極30為鋁(Al)，均與已有技術(shù)相同。本發(fā)明提出的FEDRAM器件的制備方法，如圖2所示，包括以下步驟(1)對(duì)硅襯底進(jìn)行清洗；襯底21可以為ρ型硅，也可以為η型硅(該步驟為傳統(tǒng) 工藝步驟)；(2)對(duì)硅襯底21進(jìn)行氧化在清洗后的硅襯底上生長(zhǎng)氧化層，(該步驟為傳統(tǒng)工藝 步驟)氧化層厚度為650 900nm ；(3)第一次光刻，形成源漏區(qū)采用正膠工藝對(duì)氧化后硅襯底21進(jìn)行光刻，堅(jiān)膜，濕法腐蝕，留膠磷(31P+)注入或 硼注入，形成源漏區(qū)，注入能量和劑量分別為60 80KeV，4. OXlO15 5. 0 X IO15 (cm-3)(采 用常規(guī)工藝參數(shù)和條件)；如果襯底21為ρ型硅，源區(qū)為η.區(qū)22，漏區(qū)為η+區(qū)23 ；如果襯底21為η型硅，源區(qū)為ρ+區(qū)22，漏區(qū)為ρ+區(qū)23 ；(4)第二次光刻，形成襯底接觸區(qū)采用正膠工藝對(duì)步驟(3)處理后的硅襯底21進(jìn)行第二次光刻，堅(jiān)膜，濕法腐蝕， 留膠硼(BF+)注入或磷注入，形成襯底接觸區(qū)29;注入能量和劑量分別為70 80KeV， 4. OX IO15 5. OX IO15 (cm-3)(采用常規(guī)工藝參數(shù)和條件)；(5)生長(zhǎng)氧化層利用低壓化學(xué)氣相沉積(LPCVD)對(duì)兩次光刻后的襯底進(jìn)行第二次氧化(常規(guī)工 藝)，氧化層厚度為600 700nm，之后在氮?dú)庵袑?duì)襯底進(jìn)行致密化處理，溫度為850-900°C;(6)第三次光刻，形成柵區(qū)采用正膠工藝對(duì)步驟(5)處理后的襯底進(jìn)行光刻，堅(jiān)膜，濕法腐蝕，留膠硼(11B+) 調(diào)溝注入或磷調(diào)溝注入，形成柵區(qū)；調(diào)溝注入能量和劑量分別為40 50KeV，2. OXlO12 8. OX IO13 (cm-3)(采用常規(guī)工藝參數(shù)和條件)；(7)生長(zhǎng)隔離層介質(zhì)薄膜利用原子層沉積技術(shù)(ALD)在步驟(6)處理后的襯底上制備Hf02、Hf-Al-0、Ti02、 Al2O3中的任意一種隔離層介質(zhì)薄膜24 ；反應(yīng)溫度為100 230°C，薄膜厚度為5 20nm ；(8)生長(zhǎng)鐵電薄膜利用液態(tài)輸運(yùn)-金屬氧化物化學(xué)氣相沉積(LD-MOCVD)方法，在反應(yīng)腔內(nèi)，在步驟 (7)形成的隔離層介質(zhì)薄膜上制備PZT薄膜25 ；工藝條件為腔體壓力25 35乇，生長(zhǎng)溫度560 650°C，襯底轉(zhuǎn)速650 720轉(zhuǎn)/分鐘(rmp)，生長(zhǎng)時(shí)間20 60分鐘，薄膜厚度 100 300nm ；(9)制備電極金屬層(常規(guī)工藝步驟)在步驟(8)形成的鐵電薄膜上濺射電極金屬層，金屬材料為鉬Pt，或者金Au，厚 度約為150 200nm ；(10)第四次光刻，形成柵電極利用離子束刻蝕(IBE)技術(shù)對(duì)步驟(9)制備的電極金屬層進(jìn)行刻蝕，形成柵電極 26，刻蝕速率為20 60nm/分鐘，或采用正膠剝離法形成柵電極26 ；(11)第五次光刻，形成接觸孔采用正膠工藝對(duì)步驟(10)處理后的襯底進(jìn)行光刻，堅(jiān)膜，濕法腐蝕鐵電薄膜并利 用離子束刻蝕(IBE)刻蝕隔離層介質(zhì)薄膜，分別形成與襯底中源區(qū)22、漏區(qū)23以及襯底接 觸區(qū)29接觸的孔；其中，刻蝕鐵電薄膜速率為20 IOOnm/分鐘；刻蝕隔離層介質(zhì)薄膜速 率為1. 5 3nm/分鐘；(12)制備金屬層(常規(guī)工藝步驟)對(duì)步驟(11)處理后的襯底上進(jìn)行常溫濺射鋁電極(Al)，厚度約為800 1200nm。(13)第六次光刻(Al)，形成源極、漏極以及襯底接觸金屬層采用常規(guī)的濕法腐蝕Al或者干法刻蝕Al，或者正膠剝離Al，對(duì)步驟(10)處理后 金屬層進(jìn)行光刻和刻蝕，形成分別與源漏區(qū)22、23和襯底接觸區(qū)29接觸的源極金屬層27、 漏極金屬層28以及襯底接觸電極金屬層30 ；(14)合金化處理(常規(guī)工藝步驟)對(duì)步驟(13)處理后的襯底在420°C 450°C氮?dú)?N2)中進(jìn)行退火處理20 40分鐘。以下通過(guò)實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的結(jié)構(gòu)及制備方法進(jìn)行具體說(shuō)明，各實(shí)施例的鐵電動(dòng)態(tài) 隨機(jī)存儲(chǔ)器的整體結(jié)構(gòu)與已有的同類器件的結(jié)構(gòu)基本相同，不再重復(fù)。實(shí)施例1本實(shí)施例為一種基于PZT存儲(chǔ)介質(zhì)的鐵電動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器及其制備方法本實(shí)施例的隔離層介質(zhì)為=HfO2 ；鐵電薄膜層為=Pb(Zra4Tia6)O3(PZT),各組份的 摩爾比例為Pb (Zr+Ti) O = 1 1 3，Zr Ti = 0. 4 0. 6。本實(shí)施例的制備方法包括以下步驟；(1)對(duì)硅襯底進(jìn)行清洗；襯底21為ρ型硅(該步驟為傳統(tǒng)工藝步驟)；(2)對(duì)硅襯底21進(jìn)行氧化，在硅襯底上生長(zhǎng)氧化層，氧化層厚度為650nm ；(3)第一次光刻，形成源漏區(qū)采用正膠工藝對(duì)氧化后硅襯底21進(jìn)行光刻，堅(jiān)膜30分鐘，濕法腐蝕，留膠磷(31P+) 注入，形成源漏區(qū)，注入能量和劑量分別為60KeV，4.0X1015(Cm_3)(常規(guī)工藝)；襯底21為ρ型硅，源區(qū)為n+區(qū)22，漏區(qū)為n+區(qū)23 ；(4)第二次光刻，形成襯底接觸區(qū)采用正膠工藝對(duì)步驟(3)處理后的硅襯底21進(jìn)行第二次光刻，堅(jiān)膜30分 鐘，濕法腐蝕，留膠硼(BF+)注入，形成襯底接觸區(qū)29;注入能量和劑量分別為70KeV， 4· O X IO15 (cm—3)(常規(guī)工藝)；
(5)生長(zhǎng)氧化層利用低壓化學(xué)氣相沉積(LPCVD)對(duì)兩次光刻后的襯底進(jìn)行第二次氧化(常規(guī)工 藝)，氧化層厚度為600nm，之后在氮?dú)庵袑?duì)襯底進(jìn)行致密化處理30分鐘，溫度為850°C。(6)第三次光刻，形成柵區(qū)采用正膠工藝對(duì)步驟(5)處理后的襯底進(jìn)行光刻，堅(jiān)膜30分鐘，濕法腐蝕，留膠硼 (11B+)調(diào)溝注入，形成柵區(qū)；調(diào)溝注入能量和劑量分別為401(^，2.0\1012((^-3)(7)生長(zhǎng)隔離層介質(zhì)薄膜利用原子層沉積技術(shù)(ALD)在步驟(6)處理后的襯底上制備HfO2隔離層介質(zhì)薄 膜24 ；制備HfO2薄膜的反應(yīng)源為HfCl4/H20，反應(yīng)溫度為230°C，薄膜厚度為5nm ；(8)生長(zhǎng)鐵電薄膜利用液態(tài)輸運(yùn)-金屬氧化物化學(xué)氣相沉積(LD-MOCVD)方法，在反應(yīng)腔內(nèi)，在步驟 (7)形成的隔離層介質(zhì)薄膜上制備PZT薄膜；制備方法具體包括①前軀體的制備將溶質(zhì) Zr [C11H19O2J4(lg), Ti [OCH(CH3)] [C11H19O2] (0. 4g)，Pb [C11H19O2J2 (0. 5g)溶于四氫呋喃(THF) (18ml)和四-乙二醇二甲醚(gyl) (2ml)的混合溶劑中，在溫度為25°C條件下充分?jǐn)嚢?0 分鐘，以形成澄清均勻的PZT前軀體溶液。②PZT薄膜制備工藝條件為腔體壓力25乇， 生長(zhǎng)溫度560°C，襯底轉(zhuǎn)速650轉(zhuǎn)/分鐘(rmp)，生長(zhǎng)時(shí)間20分鐘，PZT薄膜厚度IOOnm ；(9)制備柵電極金屬層(常規(guī)工藝)在步驟(8)形成的鐵電薄膜上濺射上電極，電極材料為鉬Pt，厚度約為150nm ；(10)第四次光刻，形成柵電極利用離子束刻蝕(IBE)技術(shù)對(duì)步驟(9)制備的電極金屬層進(jìn)行刻蝕，形成柵電極 26，刻蝕速率為60nm/分鐘；(11)第五次光刻，形成接觸孔采用正膠工藝對(duì)步驟(10)處理后的襯底進(jìn)行光刻，堅(jiān)膜30分鐘，濕法腐蝕鐵電薄 膜并利用離子束刻蝕(IBE)刻蝕隔離層介質(zhì)薄膜，分別形成與襯底中源區(qū)22、漏區(qū)23以及 襯底接觸區(qū)29接觸的孔；其中，刻蝕鐵電薄膜速率為100nm/分鐘；刻蝕隔離層介質(zhì)薄膜 速率為1. 5nm/分鐘；(12)制備金屬層(常規(guī)工藝)對(duì)步驟(11)處理后的襯底上進(jìn)行常溫濺射鋁電極(Al)，厚度約為800nm。(13)第六次光刻(Al)，形成源極、漏極以及襯底接觸金屬層采用常規(guī)的濕法腐蝕Al，對(duì)步驟(10)處理后金屬層進(jìn)行光刻和刻蝕，形成源極金 屬27、漏極金屬28以及襯底接觸金屬30 ；(14)合金化處理對(duì)步驟(13)處理后的襯底在420°C氮?dú)?N2)中進(jìn)行退火處理20分鐘。實(shí)施例2本實(shí)施例為一種基于PZT存儲(chǔ)介質(zhì)的鐵電動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器及其制備方法本實(shí)施例的隔離層介質(zhì)為=HfO2 ；鐵電薄膜層為=Pb(Zra4Tia6)O3(PZT),各組份的 摩爾比例為Pb (Zr+Ti) 0 = 1 1 3，Zr Ti = 0. 4 0. 6。本實(shí)施例的制備方法包括以下步驟；(1)對(duì)硅襯底進(jìn)行清洗；襯底21為ρ型硅(該步驟為傳統(tǒng)工藝步驟)；(2)對(duì)硅襯底21進(jìn)行氧化，在硅襯底上生長(zhǎng)氧化層，氧化層厚度為900nm ；
10
(3)第一次光刻，形成源漏區(qū)采用正膠工藝對(duì)氧化后硅襯底21進(jìn)行光刻，堅(jiān)膜30分鐘，濕法腐蝕，留膠磷(31P+) 注入，形成源漏區(qū)，注入能量和劑量分別為80KeV，5.0X1015(Cm_3)(常規(guī)工藝)；襯底21為ρ型硅，源區(qū)為n+區(qū)22，漏區(qū)為n+區(qū)23 ；(4)第二次光刻，形成襯底接觸區(qū)采用正膠工藝對(duì)步驟(3)處理后的硅襯底21進(jìn)行第二次光刻，堅(jiān)膜30分 鐘，濕法腐蝕，留膠硼(BF+)注入，形成襯底接觸區(qū)29;注入能量和劑量分別為80KeV， 5. OX IO15 (cm—3)(常規(guī)工藝)；(5)生長(zhǎng)氧化層利用低壓化學(xué)氣相沉積(LPCVD)對(duì)兩次光刻后的襯底進(jìn)行氧化(常規(guī)工藝)，氧化 層厚度為700nm，之后在氮?dú)庵袑?duì)襯底進(jìn)行致密化處理30分鐘，溫度為900°C。(6)第三次光刻，形成柵區(qū)采用正膠工藝對(duì)步驟(5)處理后的襯底進(jìn)行光刻，堅(jiān)膜30分鐘，濕法腐蝕，留膠硼 (11B+)調(diào)溝注入，形成柵區(qū)；調(diào)溝注入能量和劑量分別為501(^，8.0\1013((^_3)；(7)生長(zhǎng)隔離層介質(zhì)薄膜利用原子層沉積技術(shù)(ALD)在步驟(6)處理后的襯底上制備HfO2隔離層介質(zhì)薄 膜24 ；制備HfO2薄膜的反應(yīng)源為T(mén)EMAH(Hf [N(CH3) (C2H5) ]4)，反應(yīng)溫度為100°C，薄膜厚度 為:20nm ；(8)生長(zhǎng)鐵電薄膜利用液態(tài)輸運(yùn)-金屬氧化物化學(xué)氣相沉積(LD-MOCVD)方法，在反應(yīng)腔內(nèi)，在步驟 (7)形成的隔離層介質(zhì)薄膜上制備PZT薄膜25;制備技術(shù)包括①前軀體的制備。將溶質(zhì) Zr [C11H19O2]4(3g)，Ti [OCH(CH3)] [C11H19O2] (1.5g), Pb [C11H19O2J2 (1. 9g)溶于四氫呋喃(THF) (35ml)和四-乙二醇二甲醚(gyl) (5ml)的混合溶劑中，在溫度為40°C條件下充分?jǐn)嚢?0 分鐘，以形成澄清均勻的PZT前軀體溶液。②薄膜制備。工藝條件為腔體壓力35乇，生長(zhǎng) 溫度650°C，襯底轉(zhuǎn)速720轉(zhuǎn)/分鐘(rmp)，生長(zhǎng)時(shí)間60分鐘，薄膜厚度300nm ；(9)制備柵電極金屬層(常規(guī)工藝)在步驟(8)形成的鐵電薄膜上濺射上電極，電極材料為金Au，厚度約為200nm ；(10)第四次光刻，形成柵電極利用離子束刻蝕(IBE)技術(shù)對(duì)步驟(9)制備的電極金屬層進(jìn)行刻蝕，形成柵電極 26，刻蝕速率為60nm/分鐘，形成柵電極26 ；(11)第五次光刻，形成接觸孔采用正膠工藝對(duì)步驟(10)處理后的襯底進(jìn)行光刻，堅(jiān)膜30分鐘，濕法腐蝕鐵電薄 膜并利用離子束刻蝕(IBE)刻蝕隔離層介質(zhì)薄膜，分別形成與襯底中源區(qū)22、漏區(qū)23以及 襯底接觸區(qū)29接觸的孔；其中，刻蝕鐵電薄膜速率為20nm/分鐘；刻蝕隔離層介質(zhì)薄膜速 率為3nm/分鐘；(12)制備金屬層(常規(guī)工藝)對(duì)步驟(11)處理后的襯底上進(jìn)行常溫濺射鋁電極(Al)，厚度約為1200nm。(13)第六次光刻(Al)，形成源極、漏極以及襯底接觸金屬層采用常規(guī)的干法刻蝕Al，或者正膠剝離Al，對(duì)步驟(10)處理后金屬層進(jìn)行光刻和刻蝕，形成源極金屬27、漏極金屬28以及襯底接觸金屬30 ；(14)合金化處理對(duì)步驟(13)處理后的襯底在450°C氮?dú)?N2)中進(jìn)行退火處理40分鐘。實(shí)施例3本實(shí)施例為一種基于PZT存儲(chǔ)介質(zhì)的鐵電動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器及其制備方法本實(shí)施例的隔離層介質(zhì)為=TiO2 ；鐵電薄膜層為=Pb(Zra4Tia6)O3(PZT),各組份的 摩爾比例為Pb (Zr+Ti) 0 = 1 1 3，Zr Ti = 0. 4 0. 6。本實(shí)施例的制備方法包括以下步驟；(1)對(duì)硅襯底進(jìn)行清洗；襯底21為ρ型硅(該步驟為傳統(tǒng)工藝步驟)；(2)對(duì)硅襯底21進(jìn)行氧化，在硅襯底上生長(zhǎng)氧化層，氧化層厚度為700nm ；(3)第一次光刻，形成源漏區(qū)采用正膠工藝對(duì)氧化后硅襯底21進(jìn)行光刻，堅(jiān)膜30分鐘，濕法腐蝕，留膠磷(31P+) 注入，形成源漏區(qū)，注入能量和劑量分別為70KeV，4. 2 X IO15 (cm-3)(常規(guī)工藝)；襯底21為ρ型硅，源區(qū)為n+區(qū)22，漏區(qū)為n+區(qū)23 ；(4)第二次光刻，形成襯底接觸區(qū)采用正膠工藝對(duì)步驟(3)處理后的硅襯底21進(jìn)行第二次光刻，堅(jiān)膜30分 鐘，濕法腐蝕，留膠硼(BF+)注入，形成襯底接觸區(qū)29;注入能量和劑量分別為75KeV， 4. 3 X IO15 (cm—3)(常規(guī)工藝)(5)生長(zhǎng)氧化層利用低壓化學(xué)氣相沉積(LPCVD)對(duì)兩次光刻后的襯底進(jìn)行氧化(常規(guī)工藝)，氧化 層厚度為650nm，之后在氮?dú)庵袑?duì)襯底進(jìn)行致密化處理30分鐘，溫度為880°C。(6)第三次光刻，形成柵區(qū)采用正膠工藝對(duì)步驟(5)處理后的襯底進(jìn)行光刻，堅(jiān)膜30分鐘，濕法腐蝕，留膠硼 (11B+)調(diào)溝注入，形成柵區(qū)；調(diào)溝注入能量和劑量分別為451(^，6.0\1012((^_3)(7)生長(zhǎng)隔離層介質(zhì)薄膜利用原子層沉積技術(shù)(ALD)在步驟(6)處理后的襯底上制備TiO2隔離層介質(zhì)薄 膜24 ；制備TiO2薄膜的反應(yīng)源為T(mén)iCl4/H20，反應(yīng)溫度為200°C，薄膜厚度為10nm ；(8)生長(zhǎng)鐵電薄膜利用液態(tài)輸運(yùn)-金屬氧化物化學(xué)氣相沉積(LD-MOCVD)方法，在反應(yīng)腔內(nèi)在步驟 (7)形成的隔離層介質(zhì)薄膜上制備PZT薄膜25;制備技術(shù)包括①前軀體的制備。將溶 M Zr [C11H19O2]4(1.6g), Ti [OCH(CH3)] [C11H19O2] (0. 7g)，Pb [C11H19O2J2 (0. 9g)溶于四氫呋喃 (THF) (25ml)和四-乙二醇二甲醚(gyl) (3ml)的混合溶劑中，在溫度為35°C條件下充分 攪拌30分鐘，以形成澄清均勻的PZT前軀體溶液。②薄膜制備。工藝條件為腔體壓力30 乇，生長(zhǎng)溫度620°C，襯底轉(zhuǎn)速700轉(zhuǎn)/分鐘(rmp)，生長(zhǎng)時(shí)間40分鐘，薄膜厚度ISOnm ；(9)制備柵電極金屬層(常規(guī)工藝)在步驟(8)形成的鐵電薄膜上濺射上電極，電極材料為鉬Pt，厚度約為180nm ；(10)第四次光刻，形成柵電極利用離子束刻蝕(IBE)技術(shù)對(duì)步驟(9)制備的電極金屬層進(jìn)行刻蝕，形成柵電極 26，刻蝕速率為35nm/分鐘；(11)第五次光刻，形成接觸孔
采用正膠工藝對(duì)步驟(10)處理后的襯底進(jìn)行光刻，堅(jiān)膜30分鐘，濕法腐蝕鐵電薄 膜并利用離子束刻蝕(IBE)刻蝕隔離層介質(zhì)薄膜，分別形成與襯底中源區(qū)22、漏區(qū)23以及 襯底接觸區(qū)29接觸的孔；其中，刻蝕鐵電薄膜速率為60nm/分鐘；刻蝕隔離層介質(zhì)薄膜速 率為2nm/分鐘；(12)制備金屬層(常規(guī)工藝)對(duì)步驟(11)處理后的襯底上進(jìn)行常溫濺射鋁電極(Al)，厚度約為1000nm。(13)第六次光刻(Al)，形成源極、漏極以及襯底接觸金屬層采用常規(guī)的正膠剝離Al工藝，對(duì)步驟(10)處理后金屬層進(jìn)行光刻和刻蝕，形成源 極金屬27、漏極金屬28以及襯底接觸金屬30 ；(14)合金化處理對(duì)步驟(13)處理后的襯底在430°C氮?dú)?N2)中進(jìn)行退火處理30分鐘。實(shí)施例4本實(shí)施例為一種基于PZT存儲(chǔ)介質(zhì)的鐵電動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器及其制備方法本實(shí)施例的隔離層介質(zhì)為=Al2O3 ；鐵電薄膜層為=Pb(Zra3Tia7)O3(PZT),各組份的 摩爾比例為Pb (Zr+Ti) 0 = 1 1 3，Zr Ti = 0. 3 0. 7。本實(shí)施例的制備方法包括以下步驟；(1)對(duì)硅襯底進(jìn)行清洗；襯底21為ρ型硅(該步驟為傳統(tǒng)工藝步驟)；(2)對(duì)硅襯底21進(jìn)行氧化，在硅襯底上生長(zhǎng)氧化層，氧化層厚度為700nm ；(3)第一次光刻，形成源漏區(qū)采用正膠工藝對(duì)氧化后硅襯底21進(jìn)行光刻，堅(jiān)膜30分鐘，濕法腐蝕，留膠磷(31P+) 注入，形成源漏區(qū)，注入能量和劑量分別為70KeV，4. 2 X IO15 (cm-3)(常規(guī)工藝)；襯底21為ρ型硅，源區(qū)為n+區(qū)22，漏區(qū)為n+區(qū)23 ；(4)第二次光刻，形成襯底接觸區(qū)采用正膠工藝對(duì)步驟(3)處理后的硅襯底21進(jìn)行第二次光刻，堅(jiān)膜30分 鐘，濕法腐蝕，留膠硼(BF+)注入，形成襯底接觸區(qū)29;注入能量和劑量分別為75KeV， 4. 3 X IO15 (cm—3)(常規(guī)工藝)(5)生長(zhǎng)氧化層利用低壓化學(xué)氣相沉積(LPCVD)對(duì)兩次光刻后的襯底進(jìn)行氧化(常規(guī)工藝)，氧化 層厚度為650nm，之后在氮?dú)庵袑?duì)襯底進(jìn)行致密化處理30分鐘，溫度為880°C。(6)第三次光刻，形成柵區(qū)采用正膠工藝對(duì)步驟(5)處理后的襯底進(jìn)行光刻，堅(jiān)膜30分鐘，濕法腐蝕，留膠硼 (11B+)調(diào)溝注入，形成柵區(qū)；調(diào)溝注入能量和劑量分別為451(^，6.0\1012((^_3)(7)生長(zhǎng)隔離層介質(zhì)薄膜利用原子層沉積技術(shù)(ALD)在步驟(6)處理后的襯底上制備Al2O3隔離層介質(zhì)薄 膜24 ；制備Al2O3薄膜的反應(yīng)源為T(mén)MA (Trimethylaluminium C3H9Al)，反應(yīng)溫度為:150°C， 薄膜厚度為10nm;(8)生長(zhǎng)鐵電薄膜利用液態(tài)輸運(yùn)-金屬氧化物化學(xué)氣相沉積(LD-MOCVD)方法，在反應(yīng)腔內(nèi)，在步驟 (7)形成的隔離層介質(zhì)薄膜上制備PZT薄膜25;制備技術(shù)包括①前軀體的制備。將溶質(zhì) Zr [C11H19O2] 4(0· 726g)，Ti [OCH(CH3) ] [C11H19O2] (0. 433g)，Pb [C11H19O2J2 (0. 855g)溶于四氫呋喃(THF) (20ml)和四-乙二醇二甲醚(gyl) (2ml)的混合溶劑中，在溫度為35°C條件下充分 攪拌30分鐘，以形成澄清均勻的PZT前軀體溶液。②薄膜制備。工藝條件為腔體壓力30 乇，生長(zhǎng)溫度650°C，襯底轉(zhuǎn)速720轉(zhuǎn)/分鐘(rmp)，生長(zhǎng)時(shí)間30分鐘，薄膜厚度150nm ；(9)制備柵電極金屬層(常規(guī)工藝)在步驟⑶形成的鐵電薄膜上濺射上電極，電極材料為鉬Pt，厚度約為180nm ；(10)第四次光刻，形成柵電極利用離子束刻蝕(IBE)技術(shù)對(duì)步驟(9)制備的電極金屬層進(jìn)行刻蝕，形成柵電極 26，刻蝕速率為35nm/分鐘；(11)第五次光刻，形成接觸孔采用正膠工藝對(duì)步驟(10)處理后的襯底進(jìn)行光刻，堅(jiān)膜30分鐘，濕法腐蝕鐵電薄 膜并利用離子束刻蝕(IBE)刻蝕隔離層介質(zhì)薄膜，分別形成與襯底中源區(qū)22、漏區(qū)23以及 襯底接觸區(qū)29接觸的孔；其中，刻蝕鐵電薄膜速率為60nm/分鐘；刻蝕隔離層介質(zhì)薄膜速 率為2nm/分鐘；(12)制備金屬層(常規(guī)工藝)對(duì)步驟(11)處理后的襯底上進(jìn)行常溫濺射鋁電極(Al)，厚度約為1000nm。(13)第六次光刻(Al)，形成源極、漏極以及襯底接觸金屬層采用常規(guī)的正膠剝離Al工藝，對(duì)步驟(10)處理后金屬層進(jìn)行光刻和刻蝕，形成源 極金屬27、漏極金屬28以及襯底接觸金屬30 ；(14)合金化處理對(duì)步驟(13)處理后的襯底在430°C氮?dú)?N2)中進(jìn)行退火處理30分鐘。實(shí)施例5本實(shí)施例為一種基于PZT存儲(chǔ)介質(zhì)的鐵電動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器及其制備方法本實(shí)施例的隔離層介質(zhì)為=Hf-Al-O ；鐵電薄膜層為Pb(Zra8TiQ.2)03(PZT)，各組 份的摩爾比例為Pb (Zr+Ti) 0 = 1 1 3，Zr Ti = 0. 8 0. 2。本實(shí)施例的制備方法包括以下步驟；(1)對(duì)硅襯底進(jìn)行清洗；襯底21為ρ型硅(該步驟為傳統(tǒng)工藝步驟)；(2)對(duì)硅襯底21進(jìn)行氧化，在硅襯底上生長(zhǎng)氧化層，氧化層厚度為650nm ；(3)第一次光刻，形成源漏區(qū)采用正膠工藝對(duì)氧化后硅襯底21進(jìn)行光刻，堅(jiān)膜30分鐘，濕法腐蝕，留膠磷(31P+) 注入，形成源漏區(qū)，注入能量和劑量分別為60KeV，4.0X1015(Cm_3)(常規(guī)工藝)；襯底21為ρ型硅，源區(qū)為n+區(qū)22，漏區(qū)為n+區(qū)23 ；(4)第二次光刻，形成襯底接觸區(qū)采用正膠工藝對(duì)步驟(3)處理后的硅襯底21進(jìn)行第二次光刻，堅(jiān)膜30分 鐘，濕法腐蝕，留膠硼(BF+)注入，形成襯底接觸區(qū)29;注入能量和劑量分別為70KeV， 4. OX IO15 (cm—3)(常規(guī)工藝)(5)生長(zhǎng)氧化層利用低壓化學(xué)氣相沉積(LPCVD)對(duì)兩次光刻后的襯底進(jìn)行氧化(常規(guī)工藝)，氧化 層厚度為600nm，之后在氮?dú)庵袑?duì)襯底進(jìn)行致密化處理30分鐘，溫度為850°C。(6)第三次光刻，形成柵區(qū)采用正膠工藝對(duì)步驟(5)處理后的襯底進(jìn)行光刻，堅(jiān)膜30分鐘，濕法腐蝕，留膠硼
14(11B+)調(diào)溝注入，形成柵區(qū)；調(diào)溝注入能量和劑量分別為401(^，2.0\1012((^-3)(7)生長(zhǎng)隔離層介質(zhì)薄膜利用原子層沉積技術(shù)(ALD)在步驟(6)處理后的襯底上制備Hf-Al-O隔離層介質(zhì) 薄膜 24 ；制備 Hf-Al-O 薄膜的反應(yīng)源為 HfCl4M2O 和 TMA (Trimethylaluminium C3H9Al)，反 應(yīng)溫度為150°C，薄膜厚度為5nm ；(8)生長(zhǎng)鐵電薄膜利用液態(tài)輸運(yùn)-金屬氧化物化學(xué)氣相沉積(LD-MOCVD)方法，在反應(yīng)腔內(nèi)在步驟 (7)形成的隔離層介質(zhì)薄膜上制備PZT薄膜25;制備技術(shù)包括①前軀體的制備。將溶質(zhì) Zr [C11H19O2] 4(1. 063g)，Ti [OCH(CH3) ] [C11H19O2] (0. 371g)，Pb [C11H19O2J2 (0. 495g)溶于四氫呋 喃(THF) (20ml)和四-乙二醇二甲醚(gyl) (2ml)的混合溶劑中，在溫度為25°C條件下充分 攪拌30分鐘，以形成澄清均勻的PZT前軀體溶液。②薄膜制備。工藝條件為腔體壓力35 乇，生長(zhǎng)溫度650°C，襯底轉(zhuǎn)速720轉(zhuǎn)/分鐘(rmp)，生長(zhǎng)時(shí)間30分鐘，薄膜厚度150nm ；(9)制備柵電極金屬層(常規(guī)工藝)在步驟⑶形成的鐵電薄膜上濺射上電極，電極材料為鉬Pt，厚度約為150nm ；(10)第四次光刻，形成柵電極利用離子束刻蝕(IBE)技術(shù)對(duì)步驟(9)制備的電極金屬層進(jìn)行刻蝕，形成柵電極 26，刻蝕速率為60nm/分鐘；(11)第五次光刻，形成接觸孔采用正膠工藝對(duì)步驟(10)處理后的襯底進(jìn)行光刻，堅(jiān)膜30分鐘，濕法腐蝕鐵電薄 膜并利用離子束刻蝕(IBE)刻蝕隔離層介質(zhì)薄膜，分別形成與襯底中源區(qū)22、漏區(qū)23以及 襯底接觸區(qū)29接觸的孔；其中，刻蝕鐵電薄膜速率為100nm/分鐘；刻蝕隔離層介質(zhì)薄膜 速率為1. 5nm/分鐘；(12)制備金屬層(常規(guī)工藝)對(duì)步驟(11)處理后的襯底上進(jìn)行常溫濺射鋁電極(Al)，厚度約為800nm。(13)第六次光刻(Al)，形成源極、漏極以及襯底接觸金屬層采用常規(guī)的濕法腐蝕Al，對(duì)步驟(10)處理后金屬層進(jìn)行光刻和刻蝕，形成源極金 屬27、漏極金屬28以及襯底接觸金屬30 ；(14)合金化處理對(duì)步驟(13)處理后的襯底在420°C氮?dú)?N2)中進(jìn)行退火處理20分鐘。實(shí)施例6本實(shí)施例為一種基于PZT存儲(chǔ)介質(zhì)的鐵電動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器及其制備方法本實(shí)施例的隔離層介質(zhì)為=HfO2 ；鐵電薄膜層為=Pb(Zra4Tia6)O3(PZT),各組份的 摩爾比例為Pb (Zr+Ti) 0 = 1 1 3，Zr Ti = 0. 4 0. 6。本實(shí)施例的制備方法包括以下步驟；(1)對(duì)硅襯底進(jìn)行清洗；襯底21為η型硅(該步驟為傳統(tǒng)工藝步驟)；(2)對(duì)硅襯底21進(jìn)行氧化，在硅襯底上生長(zhǎng)氧化層，氧化層厚度為700nm ；(3)第一次光刻，形成源漏區(qū)采用正膠工藝對(duì)氧化后硅襯底21進(jìn)行光刻，堅(jiān)膜30分鐘，濕法腐蝕，留膠硼(11B+) 注入，形成源漏區(qū)，注入能量和劑量分別為70KeV，4. 2 X IO15 (cm-3)(常規(guī)工藝)；襯底21為η型硅，源區(qū)為ρ+區(qū)22，漏區(qū)為ρ+區(qū)23 ；
(4)第二次光刻，形成襯底接觸區(qū)采用正膠工藝對(duì)步驟⑶處理后的硅襯底21進(jìn)行第二次光刻，堅(jiān)膜30分 鐘，濕法腐蝕，留膠磷(31P+)注入，形成襯底接觸區(qū)29;注入能量和劑量分別為75KeV， 4. 3 X IO15 (cm—3)(常規(guī)工藝)(5)生長(zhǎng)氧化層利用低壓化學(xué)氣相沉積(LPCVD)對(duì)兩次光刻后的襯底進(jìn)行氧化(常規(guī)工藝)，氧化 層厚度為650nm，之后在氮?dú)庵袑?duì)襯底進(jìn)行致密化處理30分鐘，溫度為880°C ；(6)第三次光刻，形成柵區(qū)采用正膠工藝對(duì)步驟(5)處理后的襯底進(jìn)行光刻，堅(jiān)膜30分鐘，濕法腐蝕，留膠磷 (31P+)調(diào)溝注入，形成柵區(qū)；調(diào)溝注入能量和劑量分別為451(^，6.0\1012((^_3)；(7)生長(zhǎng)隔離層介質(zhì)薄膜利用原子層沉積技術(shù)(ALD)在步驟(6)處理后的襯底上制備HfO2隔離層介質(zhì)薄 膜24 ；制備HfO2薄膜的反應(yīng)源為HfCl4/H20，反應(yīng)溫度為230°C，薄膜厚度為5nm ；(8)生長(zhǎng)鐵電薄膜利用液態(tài)輸運(yùn)-金屬氧化物化學(xué)氣相沉積(LD-MOCVD)方法，在反應(yīng)腔內(nèi)，在步 驟(7)形成的隔離層介質(zhì)薄膜上制備PZT薄膜25 ；制備技術(shù)包括①前軀體的制備。將溶 M Zr [C11H19O2]4(1.6g), Ti [OCH(CH3)] [C11H19O2] (0. 7g)，Pb [C11H19O2J2 (0. 9g)溶于四氫呋喃 (THF) (25ml)和四-乙二醇二甲醚(gyl) (3ml)的混合溶劑中，在溫度為35°C條件下充分 攪拌30分鐘，以形成澄清均勻的PZT前軀體溶液。②薄膜制備。工藝條件為腔體壓力30 乇，生長(zhǎng)溫度620°C，襯底轉(zhuǎn)速700轉(zhuǎn)/分鐘(rmp)，生長(zhǎng)時(shí)間40分鐘，薄膜厚度ISOnm ；(9)制備柵電極金屬層(常規(guī)工藝)在步驟⑶形成的鐵電薄膜上濺射上電極，電極材料為鉬Pt，厚度約為180nm ；(10)第四次光刻，形成柵電極利用離子束刻蝕(IBE)技術(shù)對(duì)步驟(9)制備的電極金屬層進(jìn)行刻蝕，形成柵電極 26，刻蝕速率為35nm/分鐘；(11)第五次光刻，形成接觸孔采用正膠工藝對(duì)步驟(10)處理后的襯底進(jìn)行光刻，堅(jiān)膜30分鐘，濕法腐蝕鐵電薄 膜并利用離子束刻蝕(IBE)刻蝕隔離層介質(zhì)薄膜，分別形成與襯底中源區(qū)22、漏區(qū)23以及 襯底接觸區(qū)29接觸的孔；其中，刻蝕鐵電薄膜速率為60nm/分鐘；刻蝕隔離層介質(zhì)薄膜速 率為1. 5nm/分鐘；(12)制備金屬層(常規(guī)工藝)對(duì)步驟(11)處理后的襯底上進(jìn)行常溫濺射鋁電極(Al)，厚度約為1000nm。(13)第六次光刻(Al)，形成源極、漏極以及襯底接觸金屬層采用常規(guī)的正膠剝離Al工藝，對(duì)步驟(10)處理后金屬層進(jìn)行光刻和刻蝕，形成源 極金屬27、漏極金屬28以及襯底接觸金屬30 ；(14)合金化處理對(duì)步驟(13)處理后的襯底在430°C氮?dú)?N2)中進(jìn)行退火處理30分鐘。
1權(quán)利要求
一種基于鋯鈦酸鉛存儲(chǔ)介質(zhì)的鐵電動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器，包括硅襯底，源區(qū)、漏區(qū)，隔離層介質(zhì)膜，鐵電薄膜層，柵電極，源極，漏極，以及用于測(cè)試該存儲(chǔ)器的襯底接觸區(qū)和襯底接觸電極；其中，在硅襯底中形成源區(qū)、漏區(qū)、和襯底接觸區(qū)，在硅襯底的上方形成隔離層介質(zhì)膜，在隔離層介質(zhì)膜上方形成鐵電薄膜層，在鐵電薄膜層上方形成柵電極；源極和漏極在柵電極的兩側(cè)；其特征在于，所述隔離層介質(zhì)為HfO2、Hf Al O、TiO2、Al2O3中的任意一種；所述鐵電薄膜層為Pb(Zr1 xTix)O3，各組份的摩爾比例為Pb∶(Zr+Ti)∶O＝1∶1∶3，Zr∶Ti＝(1 x)∶x，其中，x取值范圍為0.1＜x＜1.0。
2.如權(quán)利要求1所述鐵電動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器，其特征在于，所述鐵電薄膜厚度為IOOnm 300nm。
3.一種制備如權(quán)利要求1所述鐵電動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器的方法，包括以下步驟(1)對(duì)硅襯底進(jìn)行清洗；(2)在清洗后的硅襯底上生長(zhǎng)氧化層，氧化層厚度為650 900nm；(3)第一次光刻，形成源漏區(qū)采用正膠工藝對(duì)氧化后硅襯底進(jìn)行光刻，堅(jiān)膜，濕法腐蝕，留膠磷(31P+)注入或硼注入， 形成源漏區(qū)，注入能量和劑量分別為60 80KeV，4. OXlO15 5. OX IO15cnT3 ；(4)第二次光刻，形成襯底接觸區(qū)采用正膠工藝對(duì)步驟(3)處理后的硅襯底進(jìn)行第二次光刻，堅(jiān)膜，濕法腐蝕，留膠硼 (BF+)注入或磷注入，形成襯底接觸區(qū)；注入能量和劑量分別為70 80KeV，4.0X1015 5. OXlO15Cnr3 ；(5)生長(zhǎng)氧化層利用低壓化學(xué)氣相沉積對(duì)兩次光刻后的襯底進(jìn)行第二次氧化，氧化層厚度為600 700nm，之后在氮?dú)庵袑?duì)襯底進(jìn)行致密化處理，溫度為850-900°C ；(6)第三次光刻，形成柵區(qū)采用正膠工藝對(duì)步驟(5)處理后的襯底進(jìn)行光刻，堅(jiān)膜，濕法腐蝕，留膠硼(11B+)調(diào) 溝注入或磷調(diào)溝注入，形成柵區(qū)；調(diào)溝注入能量和劑量分別為40 50KeV，2. OX IO12 8. OXlO13Cnr3 ；(7)生長(zhǎng)隔離層介質(zhì)薄膜利用原子層沉積技術(shù)在步驟(6)處理后的襯底上制備Hf02、Hf-Al-0, TiO2, Al2O3中的 任意一種隔離層介質(zhì)薄膜；反應(yīng)溫度為100 230°C，薄膜厚度為5 20nm ；(8)生長(zhǎng)鐵電薄膜利用液態(tài)輸運(yùn)-金屬氧化物化學(xué)氣相沉積方法，在反應(yīng)腔內(nèi)，在步驟(7)形成的隔離層 介質(zhì)薄膜上制備PZT薄膜；工藝條件為腔體壓力25 35乇，生長(zhǎng)溫度560 650°C，襯底 轉(zhuǎn)速650 720轉(zhuǎn)/分鐘(rmp)，生長(zhǎng)時(shí)間20 60分鐘，薄膜厚度100 300nm ；(9)制備電極金屬層在步驟(8)形成的鐵電薄膜上濺射電極金屬層，金屬材料為鉬Pt，或者金Au，厚度約 為150 200nm ；(10)第四次光刻，形成柵電極利用離子束刻蝕技術(shù)對(duì)步驟(9)制備的電極金屬層進(jìn)行刻蝕，形成柵電極，刻蝕速率 為20 60nm/分鐘，或采用正膠剝離法形成柵電極；(11)第五次光刻，形成接觸孔采用正膠工藝對(duì)步驟(10)處理后的襯底進(jìn)行光刻，堅(jiān)膜，濕法腐蝕鐵電薄膜并利用離 子束刻蝕(IBE)刻蝕隔離層介質(zhì)薄膜，分別形成與襯底中源區(qū)、漏區(qū)以及襯底接觸區(qū)接觸 的孔；；其中，刻蝕鐵電薄膜速率為20 IOOnm/分鐘；刻蝕隔離層介質(zhì)薄膜速率為1. 5 3nm/分鐘；(12)制備金屬層對(duì)步驟(11)處理后的襯底上進(jìn)行常溫濺射鋁電極，厚度約為800 1200nm;(13)第六次光刻(Al)，形成源極、漏極以及襯底接觸金屬層采用濕法腐蝕Al或者干法刻蝕Al，或者正膠剝離Al，對(duì)步驟(10)處理后金屬層進(jìn)行 光刻和刻蝕，形成分別與源區(qū)、漏區(qū)、襯底接觸區(qū)接觸的源極金屬層、漏極金屬層以及襯底 接觸電極金屬層；(14)合金化處理對(duì)步驟(13)處理后的襯底在420°C 450°C氮?dú)庵羞M(jìn)行退火處理20 40分鐘。
全文摘要
本發(fā)明涉及基于鋯鈦酸鉛存儲(chǔ)介質(zhì)的鐵電動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器制備方法屬于微電子新材料與器件技術(shù)領(lǐng)域，包括硅襯底，源區(qū)、漏區(qū)，隔離層介質(zhì)膜，鐵電薄膜層，柵電極，源極，漏極，以及用于測(cè)試該存儲(chǔ)器的襯底接觸區(qū)和襯底接觸電極；其中，隔離層介質(zhì)為HfO2、Hf-Al-O、TiO2、Al2O3中的任意一種；所述鐵電薄膜層為Pb(Zr1-xTix)O3。該方法包括對(duì)硅襯底進(jìn)行清洗和氧化；第一次光刻形成源漏區(qū)第二次光刻形成襯底接觸區(qū)生長(zhǎng)氧化層第三次光刻形成柵區(qū)生長(zhǎng)隔離層介質(zhì)薄膜制備隔離層介質(zhì)薄膜和生長(zhǎng)鐵電薄膜制備電極金屬層第四、五次光刻形成柵電極和接觸孔；制備源極、漏極以及襯底接觸金屬層合金化處理。本發(fā)明制備的FEDRAM器件具有更小的漏電，更高的保持特性。
文檔編號(hào)H01L21/8242GK101894843SQ20101019903
公開(kāi)日2010年11月24日 申請(qǐng)日期2010年6月4日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月4日
發(fā)明者任天令, 馮婷婷, 劉理天, 羅亞烽, 謝丹, 韓學(xué)光 申請(qǐng)人:清華大學(xué)