[发明专利]一种铪基铁电存储器及其制备方法

说明书

本发明公开一种铪基铁电存储器及其制备方法。该铪基铁电存储器包括多个铪基铁电存储器单元，所述铪基铁电存储器单元包括：衬底；底电极，形成在所述衬底上；铪基铁电体，其为经退火后的铪铝氧薄膜，形成在所述底电极上；顶电极，形成在所述铪铝氧薄膜上。基于高质量的铁电HAO薄膜形成非易失性铁电存储器单元，实现了长期保持，高耐用性和稳定的存储特性，以及高剩余极化强度，并利用多个铪基铁电存储器单元搭建逻辑电路，实现了存算一体的功能。

技术领域

本发明涉及存储器技术领域，具体涉及一种铪基铁电存储器及其制备方法。

背景技术

随着工艺节点的快速缩小，人们在制造工艺中遇到越来越多的棘手的问题，摩尔定律的延续因此也即将走向尾声，但是科技的发展永无止境，因此对集成电路行业的要求也越来越高，为了继续将摩尔定律延续下去，人们开始寻找更多的替代方式，其中氧化铪作为一种高K介质材料，具有非常多的特性，可以满足CMOS工艺中的栅介质材料所需性质，能够很好地与硅基底匹配兼容到集成电路制造工艺中。

HfO₂作为取代二氧化硅材料作为MOS管中的栅介质层，具有天生的许多优点。介电常数高(约为25)，能量带隙宽(约5.7eV)，与硅晶格具有适配的晶格参数，在硅基底上能够稳定存在，同时氧化铪具有高的热稳定性和可靠性。

2011年，更具重大意义的发现出现了，HfO₂薄膜被报道通过一定的手段能够诱导出铁电性，该报道在学术界引起了广泛的兴趣。同时人工智能作为在人类在科学道路上的必经之路，打破固有的“存储墙”障碍，实现存算一体融合的脚步刻不容缓。

发明内容

为了解决上述问题，本发明公开一种铪基铁电存储器，包括多个铪基铁电存储器单元，利用多个铪基铁电存储器单元搭建逻辑电路，实现存算一体的功能，其中，所述铪基铁电存储器单元包括：衬底；底电极，形成在所述衬底上；铪基铁电体，其为经退火后的铪铝氧薄膜，形成在所述底电极上；顶电极，形成在所述铪铝氧薄膜上。

本发明的铪基铁电存储器中，优选为，所述底电极为Ti/Pt。

本发明的铪基铁电存储器中，优选为，所述顶电极为TiN。

本发明还公开一种铪基铁电存储器制备方法，包括以下步骤：在衬底上形成底电极；在所述底电极上形成铪铝氧薄膜；在所述铪铝氧薄膜上形成顶电极；进行退火使所述铪铝氧薄膜结晶形成铁电体获得铪基铁电存储器单元，利用多个铪基铁电存储器单元搭建逻辑电路，实现存算一体的功能。

本发明的铪基铁电存储器制备方法中，优选为，所述底电极为Ti/Pt。

本发明的铪基铁电存储器制备方法中，优选为，所述顶电极为TiN。

本发明的铪基铁电存储器制备方法中，优选为，采用原子层沉积方法形成所述铪铝氧薄膜。

本发明的铪基铁电存储器制备方法中，优选为，采用原子层沉积方法形成所述铪铝氧薄膜的过程中，铪元素和铝元素的生长循环比为34:1。

本发明的铪基铁电存储器制备方法中，优选为，所述退火过程在氮气氛围下进行，温度为500℃～800℃，时间为30s。

本发明基于高质量的铁电铪铝氧薄膜形成非易失性铁电存储器单元，实现了长期保持，高耐用性和稳定的存储特性，以及高剩余极化强度，并利用多个铪基铁电存储器单元搭建逻辑电路，实现了存算一体的功能。

附图说明

图1是铪基铁电存储器制备方法的流程图。

图2是形成底电极后的器件结构示意图。

图3是形成铪铝氧薄膜后的器件结构示意图。

图4是光刻形成电极图案后的器件结构示意图。

图5是形成顶电极后的器件结构示意图。