具体实施方式
本发明提出的基于LD-MOCVD技术的铁电动态随机存储器及制备方法,结合附图及实施例详细说明如下:
本发明提出的FEDRAM器件结构,如图2所示,包括:硅衬底21,源区22、漏区23,隔离层介质膜24,铁电薄膜层25,栅电极26,源极27,漏极28,以及用于器件测量的衬底接触区29和衬底接触电极30;在硅衬底21中形成源区22,漏区23和衬底接触区29,在硅衬底21的上面形成隔离层介质膜24,在隔离层介质膜24上面形成铁电薄膜层25,在铁电薄膜层25上面形成栅电极26。源极27和漏极28在栅电极26的两侧;如图2所示。
在上述结构中,
衬底21为p型硅,源区为n+区,漏区为n+区。或者衬底21为n型硅,源区为p+区,漏区为p+区。
源区22和漏区23,其端部与其上方的隔离层介质膜24的一部分区域接触。
本发明的结构与已有的FEDRAM基本相同,其区别技术特征是采用不同的存储介质和隔离层材料,不同的薄膜制备方法以及工艺条件,具体说明如下:
本发明的隔离层介质24为:ZrO2、TiO2中的任意一种。
本发明的铁电薄膜层25为:
Pb(Zr1-xTix)O3(PZT),各组份的摩尔比例为:Pb∶(Zr+Ti)∶O=1∶1∶3,Zr∶Ti=(1-x)∶x,x取值范围为0.1<x<1.0,更佳的取值范围为0.2≤x≤0.7;所述薄膜厚度为100nm~300nm。
本发明的栅电极26为铂Pt,或者金Au中的任意一种;源极27,漏极28和衬底接触电极30为铝(Al),均与已有技术相同。
本发明提出的FEDRAM器件的制备方法,如图2所示,包括以下步骤:
(1)对硅衬底进行清洗;衬底21可以为p型硅,也可以为n型硅(该步骤为传统工艺步骤);
(2)对硅衬底21进行氧化,在清洗后的硅衬底上生长氧化层,(该步骤为传统工艺步骤)氧化层厚度为650~900nm;
(3)第一次光刻,形成源漏区
采用正胶工艺对氧化后硅衬底21进行光刻,坚膜,湿法腐蚀,留胶磷(31P+)注入或硼注入,形成源漏区,注入能量和剂量分别为60~80KeV,4.0×1015~5.0×1015(cm-3)(采用常规工艺参数和条件);
如果衬底21为p型硅,源区为n+区22,漏区为n+区23;
如果衬底21为n型硅,源区为p+区22,漏区为p+区23;
(4)第二次光刻,形成衬底接触区
采用正胶工艺对步骤(3)处理后的硅衬底21进行第二次光刻,坚膜,湿法腐蚀,留胶硼(BF+)注入或磷注入,形成衬底接触区29;注入能量和剂量分别为70~80KeV,4.0×1015~5.0×1015(cm-3)(采用常规工艺参数和条件);
(5)生长氧化层
利用低压化学气相沉积(LPCVD)对两次光刻后的衬底进行第二次氧化(常规工艺),氧化层厚度为600~700nm,之后在氮气中对衬底进行致密化处理,温度为850-900℃;
(6)第三次光刻,形成栅区
采用正胶工艺对步骤(5)处理后的衬底进行光刻,坚膜,湿法腐蚀,留胶硼(11B+)调沟注入或磷调沟注入,形成栅区;调沟注入能量和剂量分别为40~50KeV,2.0×1012~8.0×1013(cm-3)(采用常规工艺参数和条件);
(7)生长隔离层介质薄膜
利用利用液态输运-金属氧化物化学气相沉积(LD-MOCVD)方法,在反应腔内,在步骤(6)处理后的衬底上制备ZrO2或TiO2薄膜24。工艺条件为:腔体压力25~35乇,生长温度600~650℃,衬底转速650~720转/分钟(rmp),ZrO2生长时间10~40分钟,介质薄膜厚度5~100nm;TiO2生长时间5~40分钟,介质薄膜厚度5~150nm;
(8)生长铁电薄膜
利用液态输运-金属氧化物化学气相沉积(LD-MOCVD)方法,在反应腔内,在步骤(7)形成的隔离层介质薄膜上制备PZT薄膜25。工艺条件为:腔体压力25~35乇,生长温度560~650℃,衬底转速650~720转/分钟(rmp),生长时间20~60分钟,薄膜厚度100~300nm。
(9)制备电极金属层(常规工艺步骤)
在步骤(8)形成的铁电薄膜上溅射电极金属层,金属材料为:铂Pt,或者金Au,厚度约为:150~200nm;
(10)第四次光刻,形成栅电极:
利用离子束刻蚀(IBE)技术对步骤(9)制备的电极金属层进行刻蚀,形成栅电极26,刻蚀速率为:20~60nm/分钟,或采用正胶剥离法形成栅电极26;
(11)第五次光刻,形成接触孔
采用正胶工艺对步骤(10)处理后的衬底进行光刻,坚膜,湿法腐蚀铁电薄膜并利用离子束刻蚀(IBE)刻蚀隔离层介质薄膜,分别形成与衬底中源区22、漏区23以及衬底接触区29接触的孔;其中,刻蚀铁电薄膜速率为:20~100nm/分钟;刻蚀隔离层介质薄膜速率为:1.5~3nm/分钟;
(12)制备金属层(常规工艺步骤)
对步骤(11)处理后的衬底上进行常温溅射铝电极(Al),厚度约为:800~1200nm。
(13)第六次光刻(Al),形成源极、漏极以及衬底接触金属层:
采用常规的湿法腐蚀Al或者干法刻蚀Al,或者正胶剥离Al,对步骤(10)处理后金属层进行光刻和刻蚀,形成分别与源区22、漏区23和衬底接触区29接触的源极金属层27、漏极金属层28以及衬底接触电极金属层30;
(14)合金化处理(常规工艺步骤)
对步骤(13)处理后的衬底在420℃~450℃氮气(N2)中进行退火处理20~40分钟。
以下通过实施例对本发明的结构及制备方法进行具体说明,各实施例的铁电动态随机存储器的整体结构与已有的同类器件的结构基本相同,不再重复。
实施例1本实施例为一种基于LD-MOCVD技术的铁电动态随机存储器及其制备方法
本实施例的隔离层介质为:ZrO2;铁电薄膜层为:Pb(Zr0.4Ti0.6)O3(PZT),各组份的摩尔比例为:Pb∶(Zr+Ti)∶O=1∶1∶3,Zr∶Ti=0.4∶0.6。
本实施例的制备方法包括以下步骤;
(1)对硅衬底进行清洗;衬底21为p型硅(该步骤为传统工艺步骤);
(2)对硅衬底21进行氧化,在清洗后的硅衬底上生长氧化层,氧化层厚度为650nm;
(3)第一次光刻,形成源漏区
采用正胶工艺对氧化后硅衬底21进行光刻,坚膜30分钟,湿法腐蚀,留胶磷(31P+)注入,形成源漏区,注入能量和剂量分别为60KeV,4.0×1015(cm-3)(常规工艺);
衬底21为p型硅,源区为n+区22,漏区为n+区23;
(4)第二次光刻,形成衬底接触区
采用正胶工艺对步骤(3)处理后的硅衬底21进行第二次光刻,坚膜30分钟,湿法腐蚀,留胶硼(BF+)注入,形成衬底接触区29;注入能量和剂量分别为70KeV,4.0×1015(cm-3)(常规工艺);
(5)生长氧化层
利用低压化学气相沉积(LPCVD)对两次光刻后的衬底进行第二次氧化(常规工艺),氧化层厚度为600nm,之后在氮气中对衬底进行致密化处理30分钟,温度为850℃。
(6)第三次光刻,形成栅区
采用正胶工艺对步骤(5)处理后的衬底进行光刻,坚膜30分钟,湿法腐蚀,留胶硼(11B+)调沟注入,形成栅区;调沟注入能量和剂量分别为40KeV,2.0×1012(cm-3)
(7)生长隔离层介质薄膜
利用LD-MOCVD方法,在反应腔内,在步骤(6)处理后的衬底上制备ZrO2薄膜24。制备技术包括:①前躯体的制备。将溶质Zr[C11H19O2]4(0.1g)溶于溶剂四氢呋喃(THF)(5ml)和四-乙二醇二甲醚(gyl)(0.5ml)的混合溶剂中,在温度为25℃条件下充分搅拌30分钟,以形成澄清均匀的含Zr的前躯体溶液。②薄膜制备。工艺条件为:腔体压力25乇,生长温度600℃,衬底转速650转/分钟(rmp),生长时间10分钟,介质薄膜厚度5nm;
(8)生长铁电薄膜
利用液态输运-金属氧化物化学气相沉积(LD-MOCVD)方法,在反应腔内,在步骤(7)形成的隔离层介质薄膜上制备PZT薄膜25;制备方法具体包括:①前躯体的制备:将溶质Zr[C11H19O2]4(1g),Ti[OCH(CH3)][C11H19O2](0.4g),Pb[C11H19O2]2(0.5g)溶于溶剂为四氢呋喃(THF)(18ml)和四-乙二醇二甲醚(gyl)(2ml)的混合溶剂中,在温度为25℃条件下充分搅拌20分钟,以形成澄清均匀的PZT前躯体溶液。②PZT薄膜制备:工艺条件为:腔体压力25乇,生长温度560℃,衬底转速650转/分钟(rmp),生长时间20分钟,PZT薄膜厚度100nm;
(9)制备电极金属层(常规工艺步骤)
在步骤(8)形成的铁电薄膜上溅射电极金属层,电极材料为:铂Pt,厚度约为:150nm;
(10)第四次光刻,形成栅电极:
利用离子束刻蚀(IBE)技术对步骤(9)制备的电极金属层进行刻蚀,形成栅电极26,刻蚀速率为:60nm/分钟;
(11)第五次光刻,形成接触孔
采用正胶工艺对步骤(10)处理后的衬底进行光刻,坚膜30分钟,湿法腐蚀铁电薄膜并利用离子束刻蚀(IBE)刻蚀隔离层介质薄膜,分别形成与衬底中源区22、漏区23以及衬底接触区29接触的孔;其中,刻蚀铁电薄膜速率为:100nm/分钟;刻蚀隔离层介质薄膜速率为:1.5nm/分钟;
(12)制备金属层(常规工艺步骤)
对步骤(11)处理后的衬底上进行常温溅射铝电极(Al),厚度约为:800nm。
(13)第六次光刻(Al),形成源极、漏极以及衬底接触金属层:
采用常规的湿法腐蚀Al,对步骤(10)处理后金属层进行光刻和刻蚀,形成分别与源区22、漏区23和衬底接触区29接触的源极金属层27、漏极金属层28以及衬底接触电极金属层30;
(14)合金化处理(常规工艺步骤)
对步骤(13)处理后的衬底在420℃氮气(N2)中进行退火处理20分钟。
实施例2本实施例为一种基于LD-MOCVD技术的铁电动态随机存储器及其制备方法
本实施例的隔离层介质为:ZrO2;铁电薄膜层为:Pb(Zr0.4Ti0.6)O3(PZT),各组份的摩尔比例为:Pb∶(Zr+Ti)∶O=1∶1∶3,Zr∶Ti=0.4∶0.6。
本实施例的制备方法包括以下步骤;
(1)对硅衬底进行清洗;衬底21为p型硅(该步骤为传统工艺步骤);
(2)对硅衬底21进行氧化,在清洗后的硅衬底上生长氧化层,氧化层厚度为900nm;
(3)第一次光刻,形成源漏区
采用正胶工艺对氧化后硅衬底21进行光刻,坚膜30分钟,湿法腐蚀,留胶磷(31P+)注入,形成源漏区,注入能量和剂量分别为80KeV,5.0×1015(cm-3)(常规工艺);
衬底21为p型硅,源区为n+区22,漏区为n+区23;
(4)第二次光刻,形成衬底接触区
采用正胶工艺对步骤(3)处理后的硅衬底21进行第二次光刻,坚膜30分钟,湿法腐蚀,留胶硼(BF+)注入,形成衬底接触区29;注入能量和剂量分别为80KeV,5.0×1015(cm-3)(常规工艺);
(5)生长氧化层
利用低压化学气相沉积(LPCVD)对两次光刻后的衬底进行氧化(常规工艺),氧化层厚度为700nm,之后在氮气中对衬底进行致密化处理30分钟,温度为900℃。
(6)第三次光刻,形成栅区
采用正胶工艺对步骤(5)处理后的衬底进行光刻,坚膜30分钟,湿法腐蚀,留胶硼(11B+)调沟注入,形成栅区;调沟注入能量和剂量分别为50KeV,8.0×1013(cm-3);
(7)生长隔离层介质薄膜
利用LD-MOCVD方法,在反应腔内,在步骤(6)处理后的衬底上制备ZrO2薄膜24。制备技术包括:①前躯体的制备。将溶质Zr[C11H19O2]4(2g)溶于溶剂四氢呋喃(THF)(15ml)和四-乙二醇二甲醚(gyl)(2ml)的混合溶剂中,在温度为40℃条件下充分搅拌20分钟,以形成澄清均匀的含Zr的前躯体溶液。②薄膜制备。工艺条件为:腔体压力35乇,生长温度650℃,衬底转速720转/分钟(rmp),生长时间40分钟,介质薄膜厚度100nm;
(8)生长铁电薄膜
利用液态输运-金属氧化物化学气相沉积(LD-MOCVD)方法,在反应腔内,在步骤(7)形成的隔离层介质薄膜上制备PZT薄膜25;制备技术包括:①前躯体的制备。将溶质Zr[C11H19O2]4(3g),Ti[OCH(CH3)][C11H19O2](1.5g),Pb[C11H19O2]2(1.9g)溶于溶剂为四氢呋喃(THF)(35ml)和四-乙二醇二甲醚(gyl)(5ml)的混合溶剂中,在温度为40℃条件下充分搅拌40分钟,以形成澄清均匀的PZT前躯体溶液。②薄膜制备。工艺条件为:腔体压力35乇,生长温度650℃,衬底转速720转/分钟(rmp),生长时间60分钟,薄膜厚度300nm;
(9)制备电极金属层(常规工艺步骤)
在步骤(8)形成的铁电薄膜上溅射电极金属层,电极材料为:金Au,厚度约为:200nm;
(10)第四次光刻,形成栅电极:
利用离子束刻蚀(IBE)技术对步骤(9)制备的电极金属层进行刻蚀,形成栅电极26,刻蚀速率为:60nm/分钟,形成栅电极26;
(11)第五次光刻,形成接触孔
采用正胶工艺对步骤(10)处理后的衬底进行光刻,坚膜30分钟,湿法腐蚀铁电薄膜并利用离子束刻蚀(IBE)刻蚀隔离层介质薄膜,分别形成与衬底中源区22、漏区23以及衬底接触区29接触的孔;其中,刻蚀铁电薄膜速率为:20nm/分钟;刻蚀隔离层介质薄膜速率为:3nm/分钟;
(12)制备金属层(常规工艺步骤)
对步骤(11)处理后的衬底上进行常温溅射铝电极(Al),厚度约为:1200nm。
(13)第六次光刻(Al),形成源极、漏极以及衬底接触金属层:
采用常规的干法刻蚀Al,对步骤(10)处理后金属层进行光刻和刻蚀,形成分别与源区22、漏区23和衬底接触区29接触的源极金属层27、漏极金属层28以及衬底接触电极金属层30;
(14)合金化处理(常规工艺步骤)
对步骤(13)处理后的衬底在450℃氮气(N2)中进行退火处理40分钟。
实施例3本实施例为一种基于LD-MOCVD技术的铁电动态随机存储器及其制备方法
本实施例的隔离层介质为:ZrO2;铁电薄膜层为:Pb(Zr0.4Ti0.6)O3(PZT),各组份的摩尔比例为:Pb∶(Zr+Ti)∶O=1∶1∶3,Zr∶Ti=0.4∶0.6。
本实施例的制备方法包括以下步骤;
(1)对硅衬底进行清洗;衬底21为p型硅(该步骤为传统工艺步骤);
(2)对硅衬底21进行氧化,在清洗后的硅衬底上生长氧化层,氧化层厚度为700nm;
(3)第一次光刻,形成源漏区
采用正胶工艺对氧化后硅衬底21进行光刻,坚膜30分钟,湿法腐蚀,留胶磷(31P+)注入,形成源漏区,注入能量和剂量分别为70KeV,4.2×1015(cm-3)(常规工艺);
衬底21为p型硅,源区为n+区22,漏区为n+区23;
(4)第二次光刻,形成衬底接触区
采用正胶工艺对步骤(3)处理后的硅衬底21进行第二次光刻,坚膜30分钟,湿法腐蚀,留胶硼(BF+)注入,形成衬底接触区29;注入能量和剂量分别为75KeV,4.3×1015(cm-3)(常规工艺)
(5)生长氧化层
利用低压化学气相沉积(LPCVD)对两次光刻后的衬底进行氧化(常规工艺),氧化层厚度为650nm,之后在氮气中对衬底进行致密化处理30分钟,温度为880℃。
(6)第三次光刻,形成栅区
采用正胶工艺对步骤(5)处理后的衬底进行光刻,坚膜30分钟,湿法腐蚀,留胶硼(11B+)调沟注入,形成栅区;调沟注入能量和剂量分别为45KeV,6.0×1012(cm-3)
(7)生长隔离层介质薄膜
利用LD-MOCVD方法,在反应腔内,在步骤(6)处理后的衬底上制备ZrO2薄膜24。制备技术包括:①前躯体的制备。将溶质Zr[C11H19O2]4(0.16g)溶于溶剂四氢呋喃(THF)(10ml)和四-乙二醇二甲醚(gyl)(1.2ml)的混合溶剂中,在温度为30℃条件下充分搅拌25分钟,以形成澄清均匀的含Zr前躯体溶液。②薄膜制备。工艺条件为:腔体压力30乇,生长温度630℃,衬底转速700转/分钟(rmp),生长时间20分钟,介质薄膜厚度50nm;
(8)生长铁电薄膜
利用液态输运-金属氧化物化学气相沉积(LD-MOCVD)方法,在反应腔内,在步骤(7)形成的隔离层介质薄膜上制备PZT薄膜25;制备技术包括:①前躯体的制备。将溶质Zr[C11H19O2]4(1.6g),Ti[OCH(CH3)][C11H19O2](0.7g),Pb[C11H19O2]2(0.9g)溶于溶剂为四氢呋喃(THF)(25ml)和四-乙二醇二甲醚(gyl)(3ml)的混合溶剂中,在温度为35℃条件下充分搅拌30分钟,以形成澄清均匀的PZT前躯体溶液。②薄膜制备。工艺条件为:腔体压力30乇,生长温度620℃,衬底转速700转/分钟(rmp),生长时间40分钟,薄膜厚度180nm;
(9)制备电极金属层(常规工艺步骤)
在步骤(8)形成的铁电薄膜上溅射电极金属层,电极材料为:铂Pt,厚度约为:180nm;
(10)第四次光刻,形成栅电极:
利用离子束刻蚀(IBE)技术对步骤(9)制备的电极金属层进行刻蚀,形成栅电极26,刻蚀速率为:35nm/分钟;
(11)第五次光刻,形成接触孔
采用正胶工艺对步骤(10)处理后的衬底进行光刻,坚膜30分钟,湿法腐蚀铁电薄膜并利用离子束刻蚀(IBE)刻蚀隔离层介质薄膜,分别形成与衬底中源区22、漏区23以及衬底接触区29接触的孔;其中,刻蚀铁电薄膜速率为:60nm/分钟;刻蚀隔离层介质薄膜速率为:2nm/分钟;
(12)制备金属层(常规工艺步骤)
对步骤(11)处理后的衬底上进行常温溅射铝电极(Al),厚度约为:1000nm。
(13)第六次光刻(Al),形成源极、漏极以及衬底接触金属层:
采用常规的正胶剥离Al工艺,对步骤(10)处理后金属层进行光刻和刻蚀,形成分别与源区22、漏区23和衬底接触区29接触的源极金属层27、漏极金属层28以及衬底接触电极金属层30;
(14)合金化处理(常规工艺步骤)
对步骤(13)处理后的衬底在430℃氮气(N2)中进行退火处理30分钟。
实施例4本实施例为一种基于LD-MOCVD技术的铁电动态随机存储器及其制备方法
本实施例的隔离层介质为:TiO2;铁电薄膜层为:Pb(Zr0.3Ti0.7)O3(PZT),各组份的摩尔比例为:Pb∶(Zr+Ti)∶O=1∶1∶3,Zr∶Ti=0.3∶0.7。
本实施例的制备方法包括以下步骤;
(1)对硅衬底进行清洗;衬底21为p型硅(该步骤为传统工艺步骤);
(2)对硅衬底21进行氧化,在清洗后的硅衬底上生长氧化层,氧化层厚度为700nm;
(3)第一次光刻,形成源漏区
采用正胶工艺对氧化后硅衬底21进行光刻,坚膜30分钟,湿法腐蚀,留胶磷(31P+)注入,形成源漏区,注入能量和剂量分别为70KeV,4.2×1015(cm-3)(常规工艺);
衬底21为p型硅,源区为n+区22,漏区为n+区23;
(4)第二次光刻,形成衬底接触区
采用正胶工艺对步骤(3)处理后的硅衬底21进行第二次光刻,坚膜30分钟,湿法腐蚀,留胶硼(BF+)注入,形成衬底接触区29;注入能量和剂量分别剂量为75KeV,4.3×1015(cm-3)(常规工艺)
(5)生长氧化层
利用低压化学气相沉积(LPCVD)对两次光刻后的衬底进行氧化(常规工艺),氧化层厚度为650nm,之后在氮气中对衬底进行致密化处理30分钟,温度为880℃。
(6)第三次光刻,形成栅区
采用正胶工艺对步骤(5)处理后的衬底进行光刻,坚膜30分钟,湿法腐蚀,留胶硼(11B+)调沟注入,形成栅区;调沟注入能量和剂量分别为45KeV,6.0×1012(cm-3)
(7)生长隔离层介质薄膜
利用LD-MOCVD方法,在反应腔内,在步骤(6)处理后的衬底上制备TiO2薄膜24。制备技术包括:①前躯体的制备。将溶质Ti[OCH(CH3)][C11H19O2](0.05g)溶于溶剂四氢呋喃(THF)(5ml)和四-乙二醇二甲醚(gyl)(0.5ml)的混合溶剂中,在温度为25℃条件下充分搅拌30分钟,以形成澄清均匀的含Ti的前躯体溶液。②薄膜制备。工艺条件为:腔体压力25乇,生长温度650℃,衬底转速720转/分钟(rmp),生长时间5分钟,介质薄膜厚度5nm;
(8)生长铁电薄膜
利用液态输运-金属氧化物化学气相沉积(LD-MOCVD)方法,在反应腔内,在步骤(7)形成的隔离层介质薄膜上制备PZT薄膜26;制备技术包括:①前躯体的制备。将溶质Zr[C11H19O2]4(0.726g),Ti[OCH(CH3)][C11H19O2](0.433g),Pb[C11H19O2]2(0.855g)溶于溶剂为四氢呋喃(THF)(20ml)和四-乙二醇二甲醚(gyl)(2ml)的混合溶剂中,在温度为35℃条件下充分搅拌30分钟,以形成澄清均匀的PZT前躯体溶液。②薄膜制备。工艺条件为:腔体压力30乇,生长温度650℃,衬底转速720转/分钟(rmp),生长时间30分钟,薄膜厚度150nm;
(9)制备电极金属层(常规工艺步骤)
在步骤(8)形成的铁电薄膜上溅射电极金属层,电极材料为:铂Pt,厚度约为:180nm;
(10)第四次光刻,形成栅电极:
利用离子束刻蚀(IBE)技术对步骤(9)制备的电极金属层进行刻蚀,形成栅电极26,刻蚀速率为:35nm/分钟;
(11)第五次光刻,形成接触孔
采用正胶工艺对步骤(10)处理后的衬底进行光刻,坚膜30分钟,湿法腐蚀铁电薄膜并利用离子束刻蚀(IBE)刻蚀隔离层介质薄膜,分别形成与衬底中源区22、漏区23以及衬底接触区29接触的孔;其中,刻蚀铁电薄膜速率为:60nm/分钟;刻蚀隔离层介质薄膜速率为:2nm/分钟;
(12)制备金属层(常规工艺步骤)
对步骤(11)处理后的衬底上进行常温溅射铝电极(Al),厚度约为:1000nm。
(13)第六次光刻(Al),形成源极、漏极以及衬底接触金属层:
采用常规的正胶剥离Al工艺,对步骤(10)处理后金属层进行光刻和刻蚀,形成分别与源区22、漏区23和衬底接触区29接触的源极金属层27、漏极金属层28以及衬底接触电极金属层30;
(14)合金化处理(常规工艺步骤)
对步骤(13)处理后的衬底在430℃氮气(N2)中进行退火处理30分钟。
实施例5本实施例为一种基于LD-MOCVD技术的铁电动态随机存储器及其制备方法
本实施例的隔离层介质为:TiO2;铁电薄膜层为:Pb(Zr0.8Ti0.2)O3(PZT),各组份的摩尔比例为:Pb∶(Zr+Ti)∶O=1∶1∶3,Zr∶Ti=0.8∶0.2。
本实施例的制备方法包括以下步骤;
(1)对硅衬底进行清洗;衬底21为p型硅(该步骤为传统工艺步骤);
(2)对硅衬底21进行氧化,在清洗后的硅衬底上生长氧化层,氧化层厚度为650nm;
(3)第一次光刻,形成源漏区
采用正胶工艺对氧化后硅衬底21进行光刻,坚膜30分钟,湿法腐蚀,留胶磷(31P+)注入,形成源漏区,注入能量和剂量分别为60KeV,4.0×1015(cm-3)(常规工艺);
衬底21为p型硅,源区为n+区22,漏区为n+区23;
(4)第二次光刻,形成衬底接触区
采用正胶工艺对步骤(3)处理后的硅衬底21进行第二次光刻,坚膜30分钟,湿法腐蚀,留胶硼(BF+)注入,形成衬底接触区29;注入能量和剂量分别为70KeV,4.0×1015(cm-3)(常规工艺)
(5)生长氧化层
利用低压化学气相沉积(LPCVD)对两次光刻后的衬底进行氧化(常规工艺),氧化层厚度为600nm,之后在氮气中对衬底进行致密化处理30分钟,温度为850℃。
(6)第三次光刻,形成栅区
采用正胶工艺对步骤(5)处理后的衬底进行光刻,坚膜30分钟,湿法腐蚀,留胶硼(11B+)调沟注入,形成栅区;调沟注入能量和剂量分别为40KeV,2.0×1012(cm-3)
(7)生长隔离层介质薄膜
利用液态输运-金属氧化物化学气相沉积(LD-MOCVD)方法,在反应腔内,在步骤(7)形成的隔离层介质薄膜上制备PZT薄膜26;制备技术包括:①前躯体的制备。将溶质Zr[C11H19O2]4(1.063g),Ti[OCH(CH3)][C11H19O2](0.371g),Pb[C11H19O2]2(0.495g)溶于溶剂为四氢呋喃(THF)(20ml)和四-乙二醇二甲醚(gyl)(2ml)的混合溶剂中,在温度为25℃条件下充分搅拌30分钟,以形成澄清均匀的PZT前躯体溶液。②薄膜制备。工艺条件为:腔体压力35乇,生长温度650℃,衬底转速720转/分钟(rmp),生长时间30分钟,薄膜厚度150nm;
(8)生长铁电薄膜
利用液态输运-金属氧化物化学气相沉积(LD-MOCVD)方法,在反应腔内,在步骤(7)形成的隔离层介质薄膜上制备PZT薄膜25;制备技术包括:①前躯体的制备。将溶质Zr[C11H19O2]4(1g),Ti[OCH(CH3)][C11H19O2](0.4g),Pb[C11H19O2]2(0.5g)溶于溶剂为四氢呋喃(THF)(18ml)和四-乙二醇二甲醚(gyl)(2ml)的混合溶剂中,在温度为25℃条件下充分搅拌20分钟,以形成澄清均匀的PZT前躯体溶液。②薄膜制备。工艺条件为:腔体压力25乇,生长温度560℃,衬底转速650转/分钟(rmp),生长时间20分钟,薄膜厚度100nm;
(9)制备电极金属层(常规工艺步骤)
在步骤(8)形成的铁电薄膜上溅射电极金属层,电极材料为:铂Pt,厚度约为:150nm;
(10)第四次光刻,形成栅电极:
利用离子束刻蚀(IBE)技术对步骤(9)制备的电极金属层进行刻蚀,形成栅电极26,刻蚀速率为:60nm/分钟;
(11)第五次光刻,形成接触孔
采用正胶工艺对步骤(10)处理后的衬底进行光刻,坚膜30分钟,湿法腐蚀铁电薄膜并利用离子束刻蚀(IBE)刻蚀隔离层介质薄膜,分别形成与衬底中源区22、漏区23以及衬底接触区29接触的孔;其中,刻蚀铁电薄膜速率为:100nm/分钟;刻蚀隔离层介质薄膜速率为:1.5nm/分钟;
(12)制备金属层(常规工艺步骤)
对步骤(11)处理后的衬底上进行常温溅射铝电极(Al),厚度约为:800nm。
(13)第六次光刻(Al),形成源极、漏极以及衬底接触金属层:
采用常规的湿法腐蚀Al,对步骤(10)处理后金属层进行光刻和刻蚀,形成分别与源区22、漏区23和衬底接触区29接触的源极金属层27、漏极金属层28以及衬底接触电极金属层30;
(14)合金化处理(常规工艺步骤)
对步骤(13)处理后的衬底在420℃氮气(N2)中进行退火处理20分钟。
实施例6本实施例为一种基于LD-MOCVD技术的铁电动态随机存储器及其制备方法
本实施例的隔离层介质为:TiO2;铁电薄膜层为:Pb(Zr0.4Ti0.6)O3(PZT),各组份的摩尔比例为:Pb∶(Zr+Ti)∶O=1∶1∶3,Zr∶Ti=0.4∶0.6。
本实施例的制备方法包括以下步骤;
(1)对硅衬底进行清洗;衬底21为n型硅(该步骤为传统工艺步骤);
(2)对硅衬底21进行氧化,在清洗后的硅衬底上生长氧化层,氧化层厚度为700nm;
(3)第一次光刻,形成源漏区
采用正胶工艺对氧化后硅衬底21进行光刻,坚膜30分钟,湿法腐蚀,留胶硼(11B+)注入,形成源漏区,注入能量和剂量分别为70KeV,4.2×1015(cm-3)(常规工艺);
衬底21为n型硅,源区为p+区22,漏区为p+区23;
(4)第二次光刻,形成衬底接触区
采用正胶工艺对步骤(3)处理后的硅衬底21进行第二次光刻,坚膜30分钟,湿法腐蚀,留胶磷(31P+)注入,形成衬底接触区29;注入能量和剂量分别为75KeV,4.3×1015(cm-3)(常规工艺)
(5)生长氧化层
利用低压化学气相沉积(LPCVD)对两次光刻后的衬底进行氧化(常规工艺),氧化层厚度为650nm,之后在氮气中对衬底进行致密化处理30分钟,温度为880℃。
(6)第三次光刻,形成栅区
采用正胶工艺对步骤(5)处理后的衬底进行光刻,坚膜30分钟,湿法腐蚀,留胶磷(31P+)调沟注入,形成栅区;调沟注入能量和剂量分别为45KeV,6.0×1012(cm-3)
(7)生长隔离层介质薄膜
利用LD-MOCVD方法,在反应腔内,在步骤(6)处理后的衬底上制备TiO2薄膜24。制备技术包括:①前躯体的制备。将溶质Ti[OCH(CH3)][C11H19O2](0.15g)溶于溶剂四氢呋喃(THF)(10ml)和四-乙二醇二甲醚(gyl)(1.0ml)的混合溶剂中,在温度为32℃条件下充分搅拌26分钟,以形成澄清均匀的含Ti的前躯体溶液。②薄膜制备。工艺条件为:腔体压力30乇,生长温度650℃,衬底转速720转/分钟(rmp),生长时间25分钟,介质薄膜厚度70nm;
(8)生长铁电薄膜
利用液态输运-金属氧化物化学气相沉积(LD-MOCVD)方法,在反应腔内,在步骤(7)形成的隔离层介质薄膜上制备PZT薄膜25;制备技术包括:①前躯体的制备。将溶质Zr[C11H19O2]4(1.6g),Ti[OCH(CH3)][C11H19O2](0.7g),Pb[C11H19O2]2(0.9g)溶于溶剂为四氢呋喃(THF)(25ml)和四-乙二醇二甲醚(gyl)(3ml)的混合溶剂中,在温度为35℃条件下充分搅拌30分钟,以形成澄清均匀的PZT前躯体溶液。②薄膜制备。工艺条件为:腔体压力30乇,生长温度620℃,衬底转速700转/分钟(rmp),生长时间40分钟,薄膜厚度180nm;
(9)制备电极金属层(常规工艺步骤)
在步骤(8)形成的铁电薄膜上溅射电极金属层,电极材料为:铂Pt,厚度约为:180nm;
(10)第四次光刻,形成栅电极:
利用离子束刻蚀(IBE)技术对步骤(9)制备的电极金属层进行刻蚀,形成栅电极26,刻蚀速率为:35nm/分钟;
(11)第五次光刻,形成接触孔
采用正胶工艺对步骤(10)处理后的衬底进行光刻,坚膜30分钟,湿法腐蚀铁电薄膜并利用离子束刻蚀(IBE)刻蚀隔离层介质薄膜,分别形成与衬底中源区22、漏区23以及衬底接触区29接触的孔;其中,刻蚀铁电薄膜速率为:60nm/分钟;刻蚀隔离层介质薄膜速率为:1.5nm/分钟;
(12)制备金属层(常规工艺步骤)
对步骤(11)处理后的衬底上进行常温溅射铝电极(Al),厚度约为:1000nm。
(13)第六次光刻(Al),形成源极、漏极以及衬底接触金属层:
采用常规的正胶剥离Al工艺,对步骤(10)处理后金属层进行光刻和刻蚀,形成分别与源区22、漏区23和衬底接触区29接触的源极金属层27、漏极金属层28以及衬底接触电极金属层30;
(14)合金化处理(常规工艺步骤)
对步骤(13)处理后的衬底在430℃氮气(N2)中进行退火处理30分钟。