一种具有高介电常数的反铁电电容及其制备方法

本发明涉及存储器领域，特别涉及一种具有高介电常数的反铁电电容及其制备方法。

背景技术：

1、如今，动态随机存取存储器(dram)是一种极其常用的存储器，而其核心要求之一就是电容要具有较高的介电常数。通常来说，srtio3,basrtio3 tio2和al掺杂的tio2都是常用的高介电常数材料。然而，在新的工艺节点下，这些材料的弊端开始显现:一是将这些材料做薄时，介电常数会下降且漏电严重，无法满足应用要求；二是它们与目前集成电路领域较为成熟的cmos兼容性较差。

2、幸运的是，hzo材料能在超薄(10nm左右)时保持良好的铁电或反铁电特性且降低薄膜厚度时还会出现介电常数增大的现象，有较大的禁带宽度而很好解决漏电问题，并且与cmos工艺有很好的兼容性，因而利用hzo材料作为高k材料是大势所趋，且有很大的应用前景和发展潜力。

3、为此，提出本发明。

技术实现思路

1、本发明的主要目的在于提供一种反铁电电容及其制备方法，通过调整反铁电层的厚度、配比或者退火温度增加了体系内极性o相的量，从而增大铁电o相对反铁电t相的调控电场，通过调控电场的作用使得电容在v＝0时有较大的介电响应，从而有很高的介电常数值。

2、为了实现以上目的，本发明提供了以下技术方案。

3、本发明的第一方面提供了一种反铁电电容，其包括依次堆叠的底电极、反铁电层和顶电极；

4、其中，反铁电层采用hzo，厚度为6～10nm。

5、本发明通过调控反铁电层厚度、rta退火温度和铪hf与锆zr的配比，增加了体系内极性o相的量，从而增大铁电o相对反铁电t相的调控电场，通过调控电场的作用使得电容在v＝0时有较大的介电响应，从而有很高的k值。反铁电层厚度可以是6～10nm范围内的任意厚度，优选8nm。

6、在上述基础上反铁电电容各层的材料及厚度还可以进一步优化，如下文列举。

7、进一步地，所述底电极采用氮化钛。

8、进一步地，所述顶电极采用氮化钛。

9、进一步地，所述底电极厚度为20～100nm。

10、进一步地，所述顶电极厚度为20～100nm。

11、进一步地，在300～800℃下进行快速热退火处理。

12、进一步地，所述反铁电层中铪hf与锆zr的摩尔比适宜控制在2:8～3:7范围内，可以取该范围内的任意值，包括但不限于2:8、2.3:7.7、2.5:7.5、2.8:7.2、3:7等。

13、本发明的第二方面提供了上文所述的反铁电电容的制备方法，其包括采用如下方法形成所述反铁电电容：

14、提供基底；

15、在所述基底上依次沉积底电极、反铁电层和顶电极；

16、在300～800℃下进行快速热退火处理。

17、进一步地，采用电子束蒸发、化学气相沉积、脉冲激光沉积、离子束溅射、原子层沉积、溅射方法中的一种形成所述底电极和顶电极

18、进一步地，采用ald法沉积反铁电层。

19、上述方法涉及的所有步骤操作简单，容易制得可靠性高的器件。

20、与现有技术相比，本发明达到了以下技术效果：

21、(1)反铁电电容有很高的介电常数值，同时相比于一般的反铁电电容有更高的饱和极化强度

22、(2)制备工艺简单、可靠，与cmos工艺兼容

技术特征：

1.一种具有高介电常数的反铁电电容，其特征在于，其包括依次堆叠的底电极、反铁电层和顶电极；

2.根据权利要求1所述的反铁电电容，其特征在于，所述底电极采用w，ti，ta，ru，pd、tin，tan，iro2中的一种或多种。

3.根据权利要求2所述的反铁电电容，其特征在于，所述顶电极采用w，ti，ta，ru，pd、tin，tan，iro2中的一种或多种。

4.根据权利要求3所述的反铁电电容，其特征在于，所述底电极厚度为20～100nm。

5.根据权利要求3所述的反铁电电容，其特征在于，所述顶电极厚度为20～100nm。

6.根据权利要求1-5任一项所述的反铁电电容，其特征在于，所述反铁电层中铪hf与锆zr的摩尔比为2:8～3:7。

7.权利要求1-6任一项所述的反铁电电容的制备方法，其特征在于，包括采用如下方法形成所述反铁电电容：

8.根据权利要求7所述的反铁电电容的制备方法，其特征在于，采用电子束蒸发、化学气相沉积、脉冲激光沉积、离子束溅射、原子层沉积、溅射方法中的一种形成所述底电极和顶电极。

9.根据权利要求7所述的反铁电电容的制备方法，其特征在于，采用ald法沉积反铁电层，配比通过调整薄膜沉积时hf与zr的生长圈数决定，本质上还是hf与zr的均匀混合，而不是特意制备铁电或者反铁电的叠层。

技术总结
本发明涉及一种具有高介电常数的反铁电电容及其制备方法。一种反铁电电容，包括依次堆叠的底电极、反铁电层、顶电极；其中，反铁电层采用HZO，厚度为6～10nm。本发明可以提供一种具有超高介电常数的反铁电电容，其很大的应用前景。

技术研发人员：罗庆,王博平,刘明
受保护的技术使用者：中国科学院微电子研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14