[发明专利]一种HfO2

权利要求书

1.一种HfO₂基铁电随机存取存储器FeRAM，其特征在于，包括HfO₂基铁电电容器，所述HfO₂基铁电电容器用于形成铁电随机存取存储器，从下到上依次包括衬底层(1)、下电极(2)、介质层(3)、Al₂O₃插层(4)、上电极(5)和金属保护层(6)；

所述介质层(3)为HZO，Hf和Zr的摩尔组分比例为1:1，厚度为10nm；

所述Al₂O₃插层(4)厚度为2nm～3nm；

所述介质层(3)和上电极(2)之间插入热膨胀系数小于TiN的Al₂O₃插层，所述Al₂O₃插层用于在退火过程中提供更强的拉伸应力作用；提高介质中o相的组分比例，最终达到提高剩余极化强度，增大铁电存储器存储窗口，防止信息误读，提高存储器的可靠性；

所述下电极(2)厚度为40nm，所述上电极(5)厚度为40nm；

所述金属保护层(6)的材料为Pd、Au或Pt，厚度为10-30nm；

所述衬底层(1)材料为SiO₂/Si，SiO₂的厚度为100～500nm，Si的厚度为300～600μm；

所述下电极(2)材料为TiN；所述上电极(5)材料为TiN，TiN厚度为40nm；

所述HfO₂基铁电电容器通过下列方法制备得到：

步骤1，清洗衬底；将衬底依次用丙酮、无水乙醇浸泡、清洗、吹干；再用去离子水浸泡冲洗、吹干；

步骤2，在衬底上利用离子束溅射工艺溅射制备下电极；离子束溅射工艺：TiN靶，束流电压700～900V，束流40～60mA，加速电压150～170V，气体为Ar/N₂混合气体，流速分别为(7～9sccm)/(4～6sccm)；

步骤3，在下电极上沉积介质层，利用ALD工艺制备HZO介质层，淀积温度为280-300℃；淀积时，先长一层ZrO₂，再长一层HfO₂，依次循环，最后一层ZrO₂封顶；Zr和Hf的先驱物加热至100～140℃，去离子水保持20℃室温，载气选择N₂，气体流量40～80sccm；Hf的先驱物采用四(乙基甲基氨基)铪(IV)；Zr的先驱物采用四(乙基甲基氨基)锆(IV)；采用去离子水作为氧源；

步骤4，在介质层上沉积Al₂O₃插层；三甲基铝作为Al的先驱物，去离子水作为氧源，淀积温度280-300℃，Al先驱物和去离子水均保持20℃室温，载气为N₂，气体流量为40～80sccm；

步骤5，涂光刻胶、曝光显影；在Al₂O₃插层上涂覆负胶，150℃前烘1min，曝光后120℃后烘1min，在显影液中浸泡30s显影，用去离子水冲洗吹干；

步骤6，制备上电极；采用离子束溅射工艺：TiN靶，束流电压700～900V，束流40～60mA，加速电压150～170V，气体为Ar/N₂混合气体，流速分别为(7～9sccm)/(4～6sccm)；

步骤7，制备金属保护层；采用离子束溅射工艺：Pd靶，束流电压700～900V，束流40～60mA，加速电压150～170V，气体为Ar，流速7～9sccm；

步骤8，去除光刻胶和多余金属；

步骤9，退火：在N₂气氛、400-500℃条件下热退火，热退火时间为20-30s；

所述步骤8包括以下步骤：

步骤801，在丙酮溶液中浸泡至光刻胶和多余金属脱落；

步骤802，在无水乙醇中浸泡去除丙酮；

步骤803，用去离子水冲洗吹干。