[发明专利]能量存储电容器及其制备方法

权利要求书

1.一种能量存储电容器，其特征在于，包括顺次堆叠设置的衬底、绝缘层、底层电极、铁电薄膜、反铁电薄膜和顶层电极：

所述衬底开设有第一沟槽结构，所述绝缘层覆盖所述第一沟槽结构的内壁和顶面以形成第二沟槽结构；

所述底层电极、所述铁电薄膜、所述反铁电薄膜和所述顶层电极顺次堆叠设置于所述第二沟槽结构，以形成不同的沟槽结构，相邻两个所述沟槽结构的一个沟槽结构覆盖另一个沟槽结构的内壁和顶面。

2.根据权利要求1所述的能量存储电容器，其特征在于，所述第一沟槽结构的深宽比为1：1-100：1。

3.根据权利要求1所述的能量存储电容器，其特征在于，所述绝缘层的厚度范围为50-300nm，所述底层电极和所述顶层电极的厚度范围均为10-200nm。

4.根据权利要求3所述的能量存储电容器，其特征在于，所述绝缘层的组成材料为二氧化硅，所述底层电极和所述顶层电极的组成材料由TiN、TaN和Ru的任意一种或两种组成。

5.根据权利要求1所述的能量存储电容器，其特征在于，所述铁电薄膜和所述反铁电薄膜的厚度范围均为1-25nm。

6.根据权利要求1所述的能量存储电容器，其特征在于，所述铁电薄膜的组成材料结构通式为Hf_xZr_1-xO₂，其中，0.5≤x≤0.9。

7.根据权利要求1所述的能量存储电容器，其特征在于，所述铁电薄膜由掺杂有Si元素、Al元素和Y元素中至少一种的氧化铪薄膜。

8.根据权利要求1所述的能量存储电容器，其特征在于，所述反铁电薄膜的组成材料结构通式为Hf_xZr_1-xO₂，其中，0.1≤x≤0.4。

9.根据权利要求1所述的能量存储电容器，其特征在于，所述反铁电薄膜为掺杂有Si元素、Al元素和La元素中至少一种的氧化铪薄膜。

10.一种如权利要求1-9任一项的能量存储电容器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：在所述衬底开设所述第一沟槽结构后，采用热氧化法形成覆盖所述第一沟槽结构内壁和顶面的绝缘层；

S2：采用原子层沉积方法形成顺次堆叠设置于所述第二沟槽结构的所述底层电极、所述铁电薄膜、所述反铁电薄膜和所述顶层电极。

11.根据权利要求10所述的能量存储电容器的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中，在所述衬底开设所述第一沟槽结构的步骤包括：

控制在所述衬底上开设的所述第一沟槽结构的深宽比为1：1-100：1。

12.根据权利要求10所述的能量存储电容器的制备方法，其特征在于，所述步骤S2中，采用原子层沉积方法形成顺次堆叠设置于所述第二沟槽结构的所述底层电极、所述铁电薄膜、所述反铁电薄膜和所述顶层电极的步骤包括：采用第一原子层沉积方法形成覆盖所述第二沟槽结构内壁和顶面的所述底层电极后得到第三沟槽结构；

采用第二原子层沉积方法形成覆盖所述第三沟槽结构内壁和顶面的所述铁电薄膜后得到第四沟槽结构；

采用第三原子层沉积方法形成覆盖所述第四沟槽结构内壁和顶面的所述反铁电薄膜后得到第五沟槽结构；

采用第四原子层沉积方法形成覆盖所述第五沟槽结构内壁和顶面的所述顶层电极后得到第六沟槽结构。

13.根据权利要求12所述的能量存储电容器的制备方法，其特征在于，还包括步骤S3：

在所述顶层电极表面形成电极图案后，依据所述电极图案进行刻蚀以形成相互独立的若干顶层电极单元；

以所述若干顶层电极单元为模板对所述铁电薄膜和所述反铁电薄膜进行刻蚀直至所述底层电极暴露。

14.根据权利要求13所述的能量存储电容器的制备方法，其特征在于，还包括步骤S4：

将经所述步骤S3得到的器件在350-450摄氏度的温度条件以及氮气或者氮气和氢气组成的混合气体形成的气氛条件下进行30秒-60分钟的退火处理。