Способ изготовления сегнетоэлектрического конденсатора Российский патент 2017 года по МПК H01G7/06 

Область техники

Данное изобретение относится к области нанесения тонких диэлектрических слоев для создания устройств микро- и наноэлектроники на основе сегнетоэлектрических материалов, в частности для создания элементов энергонезависимой памяти на основе явления сегнетоэлектричества (FeRAM, ferroelectric random access memory) с деструктивным считыванием, к которому предъявляются жесткие требования к ресурсу, времени хранения информации и энергоемкости.

Уровень техники

Из предшествующего уровня техники известны различные способы реализации сегнетоэлектрической памяти FeRAM. В частности, одним из наиболее перспективных с точки зрения увеличения степени интеграции является создание ячейки 1Т-1С (1 транзистор - 1 конденсатор) по аналогии с DRAM (dynamic random access memory) с заменой линейного диэлектрика в конденсаторе на сегнетоэлектрический слой. Основным элементом энергонезависимой памяти FeRAM технологии 1Т-1С является сегнетоэлектрический конденсатор со структурой электрод - сегнетоэлектрик - электрод.

В качестве сегнетоэлектрика основными претендентами на создание коммерческой FeRAM на протяжении уже долгого времени считаются материалы со структурой перовскит, в том числе (Pb(Zr,Ti)O₃) (PZT), (SrBi₂Ta₂O₉) (SBT), BaTiO₃ (ВТО) и т.д. Наибольшей перспективностью среди данных сегнетоэлектрических материалов обладает PZT, в первую очередь из-за максимального среди перовскитов значения остаточной поляризации. Пленки этого материала могут, например, наноситься методом, предложенным в патенте [1]. В то же время достаточно большой интерес начали уделять SBT. Несмотря на то, что данный материал существенно уступает PZT по значению остаточной поляризации, в ряде работ было показано его значительное превосходство по таким параметрам, как число циклов перезаписи и значение тока утечки [2]. Данный класс сегнетоэлектрических материалов, однако, обладает целым рядом недостатков, которые сильно ограничивают их применение. В первую очередь это связано с возникающими технологическими трудностями. Во-первых, они предъявляют специфические требования к используемым электродам для предотвращения образования нежелательных переходных слоев на границах раздела, в том числе требуют применения электродов из благородных металлов (Pt, Ir, IrO₂) [3]. Из-за отсутствия летучих продуктов эти электроды плохо поддаются процессам травления, которые неизбежны в любом технологическом процессе. Во-вторых, функциональный слой из PZT или SBT нельзя сделать достаточно тонким, так как при этом сильно возрастают токи утечки и наблюдается деградация сегнетоэлектрических свойств. К тому же из-за большой сравнительной толщины функциональных слоев из перовскитов возникают трудности при переходе в сегнетоэлектрической ячейке по схеме 1Т-1С от планарного конденсатора к трехмерному, что является эффективным решением для увеличения плотности памяти. Более того, потребуется однородно покрывать сегнетоэлектрическим слоем структуры с высоким аспектным соотношением, что вызывает дополнительные технологические трудности, так как обычно для этого используется метод магнетронного распыления.

Сравнительно недавно стал известен способ реализации сегнетоэлектрической памяти FeRAM на основе тонких пленок легированного оксида гафния, который долгое время считался параэлектрическим материалом. Среди изученных с данной точки зрения материалов на основе оксида гафния самым перспективным для технологического внедрения является материал Hf_xZr_1-xO₂, для кристаллизации которого необходим быстрый термический отжиг при относительно низкой температуре около 400°C, которая может быть использована в производственном цикле. Данный материал продемонстрировал достаточно высокий уровень остаточной поляризации ~ 30 мкКл/см², высокий ресурс и время хранения поляризации [4]. Стоит отметить также, что данный материал обладает рядом неоспоримых преимуществ по сравнению с традиционными сегнетоэлектриками в структуре перовскит, среди которых возможность использования широкого спектра материалов в качестве электродов, в том числе и повсеместно используемого нитрида титана. Наиболее близким по своей технической сущности устройством, принятым за прототип, является твердотельный МСМ (металл-сегнетоэлектрик-металл) конденсатор, предложенный в работе [5]. В данной работе функциональные слои на основе оксидов гафния и циркония наносились методом атомно-слоевого осаждения (АСО) с поочередной подачей металлоорганических прекурсоров гафния (tetrakis(ethylmethylamino)hafhium - ТЕМАН) и циркония (tetrakis(ethylmethylamido)zirconium - TEMAZ) из отдельных источников. В работе была продемонстрирована возможность получения сегнетоэлектрических пленок вплоть до толщины 5,5 нм, что открывает возможности масштабирования и увеличения степени интеграции сегнетоэлектрической памяти.

В современной микроэлектронике актуальны вопросы масштабирования элементов памяти, а именно: достижение более низких проектных норм и размеров ячеек, увеличение емкости чипов памяти путем увеличения плотности упаковки ячеек памяти, в том числе с использованием 3D интеграции. Используя ячейку 1Т-1С на основе PZT, к настоящему времени промышленностью освоено производство сегнетоэлектрической памяти лишь по технологии 130 нм [6], что существенно уступает технологии флэш и DRAM (~22-25 нм). Учитывая также сравнительно большую площадь FRAM 1Т-1С ячейки на PZT, становится понятно, почему современная сегнетоэлектрическая память на порядки уступает по емкости флэш-памяти [7] и, несмотря на множество уникальных характеристик, занимает относительно скромные позиции на рынке устройств памяти, так объем ее реализации составляет ~2% от объема реализации флэш-памяти. В соответствии с этими данными актуальной является задача реализации в промышленных масштабах технологии создания сегнетоэлектрического конденсатора на основе легированных пленок оксида гафния для нового поколения FeRAM.

Цель изобретения

Целью данного изобретения является увеличение технологичности процесса создания сегнетоэлектрического конденсатора для FeRAM, а именно процесса формирования тонкой пленки сегнетоэлектрического материала на основе оксидов гафния и циркония, в части увеличения воспроизводимости стехиометрического состава итоговой пленки и упрощения технологии ее формирования.

Поставленная цель достигается в способе изготовления сегнетоэлектрического конденсатора, содержащем формирование пленки сегнетоэлектрического материала на основе оксидов гафния и циркония методом атомно-слоевого осаждения из металлоорганических прекурсоров гафния Hf[N(CH₃)(C₂H₅)]₄ (ТЕМАН) и циркония Zr[N(CH₃)(C₂H₅)]₄ (TEMAZ) на нижний электрод, отличающемся тем, что используется единый прекурсор - смесь из двух металлоорганических реагентов ТЕМАН и TEMAZ, подаваемая из общего прогреваемого контейнера.

При этом отношение массовых долей реагентов ТЕМАН и TEMAZ в смеси равняется 60:40.

Осуществление поставленной цели происходит за счет того, что в случае использования предложенного в настоящем изобретении способа изготовления сегнетоэлектрического конденсатора нивелируется влияние различия в вязкости реагентов и их реакционной способности с остаточным кислородом, присутствующим в инертном газе-носителе. Это позволяет избежать изменения стехиометрических коэффициентов в формируемом покрытии и возникновения неоднородности концентрации элементов по пластине, и, таким образом, добиться увеличения воспроизводимости стехиометрического состава итоговой пленки по сравнению со стандартным методом АСО формирования пленок на основе оксидов гафния и циркония. Дополнительно, использование общего прогреваемого контейнера позволяет избежать сложностей с обеспечением равного эквивалентного нагрева двух контейнеров, что упрощает технологию формирования пленки сегнетоэлектрического материала на основе оксидов гафния и циркония.

Осуществление изобретения

Рассмотрим процесс создания сегнетоэлектрического конденсатора на основе Hf_xZr_1-xO₂ для нового поколения FeRAM, в котором осаждение слоя Hf_xZr_1-xO₂ происходит методом атомно-слоевого осаждения (АСО) с использованием в качестве источника сегнетоэлектрического материала общего прогреваемого контейнера со смесью прекурсоров ТЕМАН и TEMAZ.

АСО зарекомендовал себя как метод, позволяющий наносить широкий спектр тонких пленок с высокой степенью контролируемости состава, толщины и однородности, в том числе и при осаждении пленок на поверхности с развитым рельефом, что крайне актуально в случае дальнейших применений в современной микроэлектронной промышленности. Данные преимущества достигаются за счет обеспечения самонасыщаемости химических реакций реагентов, попеременно подаваемых в камеру реактора АСО, с поверхностными центрами, присутствующими на подложке. Таким образом, стандартный технологический цикл АСО, который мог бы применяться для осаждения слоя Hf_xZr_1-xO₂, состоит из n циклов (попеременных подач) прекурсоров ТЕМАН и H₂O и m циклов прекурсоров TEMAZ и H₂O. Данная последовательность представляет собой 1 суперцикл АСО Hf_xZr_1-xO₂, повторение суперциклов приводит к формированию пленки заданной толщины. Соотношение числа циклов тип в каждом суперцикле определяет значение стехиометрических коэффициентов x и 1-x в материале Hf_xZr_1-xO₂, который в широком диапазоне концентраций металлических компонент представляет собой твердый раствор. Стоит отметить, что каждый напуск реагента, ТЕМАН, TEMAZ и H₂O, сопровождается последующей продувкой реакционной камеры инертным газом, аргоном или азотом. Последовательность операций традиционного процесса АСО, применяемого для осаждения Hf_xZr_1-xO₂, выглядит следующим образом:

- начало суперцикла АСО (повторяется k раз):

1. Цикл прекурсоров ТЕМАН и H₂O (повторяется n раз):

a. Напуск прекурсора ТЕМАН;

b. Продувка реакционной камеры азотом (N₂);

c. Напуск прекурсора H₂O;

d. Продувка реакционной камеры азотом (N₂);

2. Цикл прекурсоров TEMAZ и H₂O (повторяется m раз):

a. Напуск прекурсора TEMAZ;

b. Продувка реакционной камеры азотом (N₂);

c. Напуск прекурсора H₂O.

d. Продувка реакционной камеры азотом (N₂);

- окончание суперцикла АСО.

Важным замечанием, однако, является тот факт, что данные металлоорганические прекурсоры требуют достаточно сильного нагрева (~100-120°C) для обеспечения приемлемого давления паров и летучести и обладают значительной вязкостью и сильной реакционной способностью с остаточным кислородом, присутствующем в инертном газе-носителе. В результате существенно усложняется конфигурация реактора АСО для подачи прекурсоров из двух отдельных прогреваемых источников, каждый из которых должен обладать относительно сложной системой газоподачи для слаболетучих прекурсоров. Различная вязкость прекурсоров ТЕМАН и TEMAZ приводит со временем к различной степени амортизации линий подачи, к изменению стехиометрических коэффициентов в формируемом покрытии, к неоднородности концентрации элементов по пластине. Кроме того, возникают сложности с обеспечением равного эквивалентного нагрева двух металлоорганических источников. Решение данных проблем достигается в текущей работе за счет использования в качестве источника металлических компонент общего прогреваемого контейнера со смесью прекурсоров ТЕМАН и TEMAZ. Последовательность операций измененного таким образом процесса АСО представлена ниже:

- начало измененного цикла АСО (повторяется k раз):

1. Цикл прекурсоров смеси (ТЕМАН и TEMAZ) и H₂O:

a. Напуск прекурсора смеси ТЕМАН и TEMAZ;

b. Продувка реакционной камеры азотом (N₂);

c. Напуск прекурсора H₂O;

d. Продувка реакционной камеры азотом (N₂);

- окончание измененного цикла АСО.

При этом стехиометрия пленки регулируется путем изменения массового соотношения смешиваемых реагентов ТЕМАН и TEMAZ. Проведенные в ходе работы исследования показали, что данный подход, ранее не применявшийся для создания сегнетоэлектрических слоев, позволяет точно задавать необходимый стехиометрический состав пленки и сохранять его неизменным со временем. При этом оказывается, что можно пренебречь возможным частичным взаимодействием ТЕМАН и TEMAZ, а также небольшой разницей в их парциальных давлениях насыщенных паров и плотностях. Применение данного подхода позволяет получать слои Hf_xZr_1-xO₂ с высокой степенью контролируемости состава. В результате смешивание данных веществ в едином прогреваемом источнике с отношением концентрации TEMAH/TEMAZ в диапазоне от 60:40 до 50:50 в комбинации с осаждением верхнего электрода при температуре выше температуры кристаллизации позволяет получить сегнетоэлектрический конденсатор с перспективными электрофизическими характеристиками.

Предлагаемое устройство поясняется чертежом, представленным на Фиг. 1.

Сегнетоэлектрический конденсатор на основе многокомпонентного оксида содержит активный сегнетоэлектрический слой 1, расположенный между двумя токопроводящими электродами 2 и 3, которые в свою очередь соединены с омическими контактами 4 и 5.

Токопроводящий электрод 2 представляет собой материал, совместимый с процессами, применяемыми в современной микроэлектронике, а именно TiN.

Активным диэлектрическим слоем 1 является многокомпонентный оксид, причем согласно изобретению многокомпонентный оксид представляет собой твердый раствор Hf_xZr_1-xO₂, получаемый методом АСО непосредственно из смеси реагентов ТЕМАН и TEMAZ с массовым отношением в диапазоне от 60:40 до 50:50. Применение твердого раствора Hf_xZr_1-xO₂ позволяет понизить температуру кристаллизации слоя до 400°C.

Токопроводящий электрод 3 представляет собой материал, совместимый с процессами, применяемыми в современной микроэлектронике, осаждение которого методом АСО возможно при температурах выше и равной температуре кристаллизации слоя Hf_xZr_1-xO₂, а именно TiN.

Устройство, соответствующее данному описанию, работает следующим образом: при включении в цепь питания под действием электрического поля происходит зарядка конденсатора. Данный заряд обладает определенной величиной, которая зависит от состава многокомпонентного оксида. За счет того, что в качестве многокомпонентного оксида используется сегнетоэлектрик, способный хранить состояние поляризации в отсутствии внешнего поля, при отключении устройства от цепи питания, заряд сохраняется. При последующем включении устройства в цепь питания с такой же полярностью не происходит изменения направления остаточной поляризации. При этом внешняя измерительная цепь регистрирует только малый по амплитуде ток линейной зарядки конденсатора. Напротив, при включении устройства в цепь питания с обратной полярностью происходит изменение направления остаточной поляризации. При этом внешняя измерительная цепь регистрирует больший по амплитуде ток, включающий в себя ток линейной зарядки и ток сегнетоэлектрического переключения.

Данное изобретение может быть реализовано в различных вариантах, отличающихся друг от друга изменениями в параметрах технологических процессов и операций. Для успешной реализации элемента памяти (сегнетоэлектрического конденсатора) значение остаточной поляризации сформированной пленки должно быть не ниже ~5 мкКл/см².

Пример 1. В данном случае была приготовлена смесь прекурсоров ТЕМАН и TEMAZ в отношении 70:30 (по массе). В процессе осаждения температура смеси поддерживалась равной 100°C. В качестве подложки использовался монокристаллический кремний КДБ 12 (100) с заранее выращенным методом АСО слоем нитрида титана (толщиной ~20 нм). Температура подложки во время процесса поддерживалась равной 240°C. В качестве второго прекурсора использовалась деионизованная вода при комнатной температуре. Толщина пленки составляла 10 нм. Затем сверху был нанесен верхний электрод из нитрида титана (толщиной ~20 нм) при температуре 400°C также методом АСО из TiCl₄ и NH₃. Как отмечалось ранее, при такой температуре происходит кристаллизация функционального слоя Hf_xZr_1-xO₂, поэтому отсутствует необходимость в последующем дополнительном отжиге структуры. Верхние контактные площадки были сформированы в слое нитрида титана с помощью безмасочной оптической литографии и сухого плазменного травления. Доступ к нижнему электроду осуществлялся путем протравливания функционального диэлектрического слоя сфокусированным ионным пучком Ar+. Травление проводилось в камере рентгеновского фотоэлектронного спектрометра в высоком вакууме; там же проводился химический анализ выращенной пленки и определялась ее стехиометрия. Согласно данному анализу был определен состав пленки, а именно Hf_0,7Zr_0,3O₂.

С данного образца был снят спектр рентгеновской дифракции, который показал, что пленка поликристаллическая, при этом преобладают рефлексы от моноклинной и тетрагональной фазы (Фиг. 2). Электрофизические испытания были проведены на зондовой станции CascadeMicrotech с подключенным анализатором полупроводниковых приборов AgilentB1500A. Измерения тока проводились в квазистатическом режиме, зависимости поляризации от напряжения были получены интегрированием по времени отклика тока за вычетом тока утечки, измеряемого при постоянном напряжении. Из Фиг. 3 следует, что зависимость поляризации от напряжения в данном режиме имеет характерный для сегнетоэлектриков вид петли гистерезиса, однако величина удвоенной остаточной поляризации составляет всего ~2,0 мкКл/см², что не соответствует заявленному диапазону. Данное наблюдение хорошо согласуется с результатами измерения структурных свойств методом рентгеновской дифракции, которые показали преобладание центрально симметричных фаз в поликристаллической пленке. Таким образом, использование смеси прекурсоров ТЕМАН и TEMAZ в отношении 70:30 (по массе) не позволяет получить сегнетоэлектрический конденсатор с указанным значением остаточной поляризации.

Пример 2. В данном случае была приготовлена смесь прекурсоров ТЕМАН и TEMAZ в отношении 60:40 (по массе). В процессе осаждения температура смеси поддерживалась равной 100°C. В качестве подложки использовался монокристаллический кремний КДБ 12 (100) с заранее выращенным методом АСО слоем нитрида титана (толщиной ~20 нм). Температура подложки во время процесса поддерживалась равной 240°C. В качестве второго прекурсора использовалась деионизованная вода при комнатной температуре. Толщина пленки составляла 10 нм. Затем сверху был нанесен верхний электрод из нитрида титана (толщиной ~20 нм) при температуре 400°C также методом АСО из TiCl₄ и NH₃. Как отмечалось ранее, при такой температуре происходит кристаллизация функционального слоя Hf_xZr_1-xO₂, поэтому отсутствует необходимость в последующем дополнительном отжиге структуры. Верхние контактные площадки были сформированы в слое нитрида титана с помощью безмасочной оптической литографии и сухого плазменного травления. Доступ к нижнему электроду осуществлялся путем протравливания функционального диэлектрического слоя сфокусированным ионным пучком Ar+. Травление проводилось в камере рентгеновского фотоэлектронного спектрометра в высоком вакууме; там же проводился химический анализ выращенной пленки и определялась ее стехиометрия. Согласно данному анализу был определен состав пленки, а именно Hf_0,6Zr_0,4O₂.

С данного образца был снят спектр рентгеновской дифракции, который показал, что пленка поликристаллическая, при этом преобладают рефлексы от тетрагональной и, что крайне существенно, орторомбической фазы с отсутствием центральной симметрии, которая ответственна за возникновение сегнетоэлектричества в пленках (Фиг. 2). Электрофизические испытания были проведены на зондовой станции CascadeMicrotech с подключенным анализатором полупроводниковых приборов AgilentB1500A. Измерения тока проводились в квазистатическом режиме, зависимости поляризации от напряжения были получены интегрированием по времени отклика тока за вычетом тока утечки, измеряемого при постоянном напряжении. Из Фиг. 3 следует, что зависимость поляризации от напряжения в данном случае имеет характерный для сегнетоэлектриков вид петли гистерезиса, при этом остаточная поляризация составляет ~5,0 мкКл/см², коэрцитивное поле ~1,0 МВ/см. Наблюдение сегнетоэлектрических свойств хорошо согласуется с результатами измерения структурных свойств методом рентгеновской дифракции. Таким образом, использование смеси прекурсоров ТЕМАН и TEMAZ в отношении 60:40 (по массе) позволяет получить сегнетоэлектрический конденсатор с заявленными электрофизическими характеристиками.

Пример 3. В данном случае была приготовлена смесь прекурсоров ТЕМАН и TEMAZ в отношении 50:50 (по массе). В процессе осаждения температура смеси поддерживалась равной 100°C. В качестве подложки использовался монокристаллический кремний КДБ 12 (100) с заранее выращенным методом АСО слоем нитрида титана (толщиной ~20 нм). Температура подложки во время процесса поддерживалась равной 240°C. В качестве второго прекурсора использовалась деионизованная вода при комнатной температуре. Толщина пленки составляла 10 нм. Затем сверху был нанесен верхний электрод из нитрида титана (толщиной ~20 нм) при температуре 400°C также методом АСО из TiCl₄ и NH₃. Как отмечалось ранее, при такой температуре происходит кристаллизация функционального слоя Hf_xZr_1-xO₂, поэтому отсутствует необходимость в последующем дополнительном отжиге структуры. Верхние контактные площадки были сформированы в слое нитрида титана с помощью безмасочной оптической литографии и сухого плазменного травления. Доступ к нижнему электроду осуществлялся путем протравливания функционального диэлектрического слоя сфокусированным ионным пучком Ar+. Травление проводилось в камере рентгеновского фотоэлектронного спектрометра в высоком вакууме; там же проводился химический анализ выращенной пленки и определялась ее стехиометрия. Согласно данному анализу был определен состав пленки, а именно Hf_0,5Z_0,5O₂.

С данного образца был снят спектр рентгеновской дифракции, который показал, что пленка поликристаллическая, при этом преобладают рефлексы от тетрагональной и, что крайне существенно, орторомбической фазы с отсутствием центральной симметрии, которая ответственна за возникновение сегнетоэлектричества в пленках (Фиг. 2). Электрофизические испытания были проведены на зондовой станции CascadeMicrotech с подключенным анализатором полупроводниковых приборов AgilentB1500A. Измерения тока проводились в квазистатическом режиме, зависимости поляризации от напряжения были получены интегрированием по времени отклика тока за вычетом тока утечки, измеряемого при постоянном напряжении. Из Фиг. 3 следует, что зависимость поляризации от напряжения в данном случае имеет характерный для сегнетоэлектриков вид петли гистерезиса, при этом остаточная поляризация составляет ~8,0 мкКл/см², коэрцитивное поле ~1,0 МВ/см. Наблюдение сегнетоэлектрических свойств хорошо согласуется с результатами измерения структурных свойств методом рентгеновской дифракции. Таким образом, использование смеси прекурсоров ТЕМАН и TEMAZ в отношении 50:50 (по массе) позволяет получить сегнетоэлектрический конденсатор с заявленными электрофизическими характеристиками.

Пример 4. В данном случае была приготовлена смесь прекурсоров ТЕМАН и TEMAZ в отношении 40:60 (по массе). В процессе осаждения температура смеси поддерживалась равной 100°C. В качестве подложки использовался монокристаллический кремний КДБ 12 (100) с заранее выращенным методом АСО слоем нитрида титана (толщиной ~20 нм). Температура подложки во время процесса поддерживалась равной 240°C. В качестве второго прекурсора использовалась деионизованная вода при комнатной температуре. Толщина пленки составляла 10 нм. Затем сверху был нанесен верхний электрод из нитрида титана (толщиной ~20 нм) при температуре 400°C также методом АСО из TiCl₄ и NH₃. Как отмечалось ранее, при такой температуре происходит кристаллизация функционального слоя Hf_xZr_1-xO₂, поэтому отсутствует необходимость в последующем дополнительном отжиге структуры. Верхние контактные площадки были сформированы в слое нитрида титана с помощью безмасочной оптической литографии и сухого плазменного травления. Доступ к нижнему электроду осуществлялся путем протравливания функционального диэлектрического слоя сфокусированным ионным пучком Ar+. Травление проводилось в камере рентгеновского фотоэлектронного спектрометра в высоком вакууме; там же проводился химический анализ выращенной пленки и определялась ее стехиометрия. Согласно данному анализу был определен состав пленки, а именно Hf_0,4Zr_0,6O₂.

С данного образца был снят спектр рентгеновской дифракции, который показал, что пленка поликристаллическая, при этом преобладают рефлексы от тетрагональной фазы (Фиг. 2), которая, как отмечалось ранее, ответственна за возникновение антисегнетоэлектричества в пленках чистого оксида циркония [4]. Электрофизические испытания были проведены на зондовой станции CascadeMicrotech с подключенным анализатором полупроводниковых приборов AgilentB1500A. Измерения тока проводились в квазистатическом режиме, зависимости поляризации от напряжения были получены интегрированием по времени отклика тока за вычетом тока утечки, измеряемого при постоянном напряжении. Из Фиг. 3 следует, что зависимость поляризации от напряжения в данном случае имеет характерный для антисегнетоэлектриков вид двойной петли гистерезиса, что хорошо согласуется с результатами структурных исследований. Наблюдение антисегнетоэлектрических свойств позволяет судить о невозможности получить сегнетоэлектрический конденсатор с заявленными электрофизическими характеристиками при росте функционального слоя из смеси прекурсоров ТЕМАН и TEMAZ в отношении 40:60 (по массе).

Графические материалы

Фиг. 1 - Схема сегнетоэлектрического конденсатора на основе многокомпонентного оксида.

Фиг. 2 - Спектры рентгеновской дифракции, полученные от слоев Hf_xZr_1-xO₂, выращенных из смеси ТЕМАН и TEMAZ в отношении 70:30, 60:40, 50:50, 40:60 (по массе).

Фиг. 3 - Зависимости поляризации от напряжения, измеренные от МСМ конденсаторов на основе слоев Hf_xZr_1-xO₂, выращенных из смеси ТЕМАН и TEMAZ в отношении 70:30, 60:40, 50:50, 40:60 (по массе).

Источники информации

1. Tae Song Kim, Joon Han Kim, Dong Heon Lee, Jeon-Kook Lee, Hyung Jin Jung, «METHOD FOR FABRICATING FERROELECTRIC THIN FILM», patent US 5,820,946 A, Oct. 13, 1998.

2. C. A-Paz de Araujo, J.D. Cuchiaro, L.D. McMillan, M.C. Scott, J.F. Scott, Fatigue-free ferroelectric capacitor with platinum electrodes, Nature 374 (1995) 627-629.

3. F.G. Celii, T.S. Moise, S.R. Summerfelt, L. Archer, P. Chen, S. Gilbert, R. Beavers, S.M. Bilodeau, D.J. Vestyck, S.T. Johnston, M.W. Russell, P.С Van Buskirk. Plasma Etching and Electrical Characterization of Ir/IrO₂/PZT/Ir FeRAM Device Structures // Integrated Ferroelectrics, Vol. 27, p. 227-241 (1999).

4. J. Muller, T. Boscke, U. Schroder, S. Mueller, D. Brauhaus, U. Bottger, L. Frey, T. Mikolajick. Ferroelectricity in Simple Binary ZrO₂ and HfO₂ // Nano Lett 12 (8), p. 4318-4323 (2012).

5. M. Park, H. Kim, Y. Kim, W. Lee, T. Moon. Evolution of phases and ferroelectric properties of thin Hf_0.5Zr_0.5O₂ films according to the thickness and annealing temperature // Applied Physics Letters 102, 242905 (2013).

6. S. R. Summerfelt et al. High-density 8 Mb 1T-1C ferroelectric random access memory embedded within a low-power 130 nm logic process. // Proc. 16th IEEE Int. Symp. Appl. Ferroelect., Nara, Japan, 2007, p. 9-10.

7. Jurgen Thomas Rickes // Doktors der Ingenieurwissenschaftengenehmigte Dissertation (2002).

Изобретение относится к области нанесения тонких диэлектрических пленок для создания устройств микро- и наноэлектроники на основе перспективных материалов, в частности элементов энергонезависимой памяти на основе явления сегнетоэлектричества (FeRAM, ferroelectric random access memory) с деструктивным считыванием, к которому предъявляются жесткие требования к ресурсу, времени хранения информации и энергоемкости. В основе изобретения лежит способ нанесения тонкой пленки многокомпонентного оксида гафния и циркония методом атомно-слоевого осаждения из металлоорганических прекурсоров гафния Hf[N(CH₃)(C₂H₅)]₄ (ТЕМАН) и циркония Zr[N(CH₃)(C₂H₅)]₄ (TEMAZ) на нижний электрод в виде смеси из двух металлоорганических реагентов ТЕМАН и TEMAZ, подаваемой из общего прогреваемого контейнера. Повышение электрофизических характеристик сегнетоэлектрического конденсатора является техническим результатом изобретения. 1 з.п. ф-лы, 3 ил., 4 пр.

1. Способ изготовления сегнетоэлектрического конденсатора, содержащий формирование пленки сегнетоэлектрического материала на основе оксидов гафния и циркония методом атомно-слоевого осаждения из металлоорганических прекурсоров гафния Hf[N(CH₃)(C₂H₅)]₄ (ТЕМАН) и циркония Zr[N(CH₃)(C₂H₅)]₄ (TEMAZ) на нижний электрод, отличающийся тем, что используется единый прекурсор - смесь из двух металлоорганических реагентов ТЕМАН и TEMAZ, подаваемая из общего прогреваемого контейнера.

2. Способ изготовления сегнетоэлектрического конденсатора по п. 1, отличающийся тем, что отношение массовых долей реагентов ТЕМАН и TEMAZ в смеси равняется 60:40.