[发明专利]铁电电容器结构及其制备方法

说明书

本发明提供了一种铁电电容器结构，包括：衬底层(1)，以及依次叠设于所述衬底层(1)上的缓冲层(2)、第一电极(3)、介质层(4)和第二电极(5)，所述衬底层(1)为柔性衬底，所述介质层为HfO₂铁电介质。本发明还提供了一种该铁电电容器结构的制备方法。本发明通过在柔性衬底上生长一层缓冲层，使得表面粗糙度降低，大大减小了器件的漏电流，并且使得铁电薄膜内部电场分布均匀，提高了器件的可靠性。

技术领域

本发明涉及微电子技术领域，特别涉及一种铁电电容器结构及其制备方法。

背景技术

随着信息技术的发展，人们对于信息存储的需求不断增大，对存储器的容量、体积、功耗和价格等提出了越来越高的要求。作为传统非易失性存储器的典型代表，闪存器件正面临其发展瓶颈。一方面，不断缩小的器件尺寸使得制造成本越来越高；另一方面，尺寸缩小带来的一系列可靠性问题，使得闪存器件难以继续沿摩尔定律向前发展。因此，寻找和研制新型非易失性存储器的需求迫在眉睫。其中，二氧化铪(HfO₂)基铁电存储器因为具有高速、低功耗、结构简单易集成、与现有互补金属氧化物半导体(简称CMOS)工艺兼容性好等一系列优点，成为后摩尔时代新型非易失性存储器的热门候选之一。

除了需求量的增加，人们对于电子产品外观及功能要求日益增多，便携式、可穿戴、可弯曲折叠的柔性电子器件逐渐成为主流。如果将存储器与信息处理单元集成于柔性电子器件系统，不仅可以进行实时感知，而且有助于降低功耗、提升计算速度和存储容量，这对加快柔性可穿戴设备的商用化具有重要的推动作用。

表面粗糙度对于铁电存储器的性能有着至关重要的影响，它会在无意中影响铁电薄膜内部电场分布的不均匀性，当极化反转出现时，会延迟开关时间或形成电短路。更重要的是，对于许多材料，有报道称随后沉积的薄膜的电学性能会受到粗糙界面的影响。然而当在柔性衬底上制备铁电存储器件时，由于柔性衬底较为柔软脆弱，易受生长工艺的影响，导致器件表面粗糙度较大。

发明内容

(一)要解决的技术问题

为了解决上述问题，本发明提供了一种铁电电容器结构及其制备方法，通过在柔性衬底上生长一层缓冲层，使得表面粗糙度降低，减小了器件的漏电流，并且使得铁电薄膜内部电场分布均匀，提高了器件的可靠性。

(二)技术方案

本发明一方面提供一种铁电电容器结构，包括：衬底层1，以及依次叠设于所述衬底层1上的缓冲层2、第一电极3、介质层4和第二电极5；其中，所述衬底层1为柔性衬底，所述介质层为HfO₂铁电介质。

可选地，所述缓冲层2材料为Al₂O₃，厚度为100nm。

可选地，所述衬底层1材料为聚酰亚胺，厚度为500um。

可选地，所述介质层4材料为铪锆氧，厚度为10nm。

可选地，所述介质层4材料中，铪和锆的摩尔组分比例为1∶1。

可选地，所述介质层4采用以Zr掺杂的HfO₂铁电介质。

可选地，所述第一电极3和第二电极5材料均为氮化钛，厚度均为40nm。

可选地，所述介质层4采用HfO₂铁电介质，其中掺杂Si、Al、Y或Gd；所述第一电极3和第二电极5材料均为W、TaN或高导硅。

本发明另一方面提供一种该铁电电容器结构的制备方法，包括以下步骤：提供一衬底层1，并清洗衬底层1；在清洗完成的衬底层1上沉积缓冲层2；在缓冲层2上溅射制备第一电极3；在第一电极3上沉积介质层4；在介质层4上涂光刻胶并曝光显影；在经过上述处理后的介质层4上溅射制备第二电极5；去除光刻胶和多余金属后退火处理。