HfTaO高介電絕緣層鐵電晶體管的制備與性能研究.pdf

1、隨著通信技術(shù)的進(jìn)步,人們有機(jī)會隨時隨地享受各種電子信息服務(wù)。以處理器和存儲器為代表的半導(dǎo)體技術(shù)已經(jīng)成為電子系統(tǒng)的核心技術(shù)。憑借高介電加金屬柵技術(shù),現(xiàn)有的主流CMOS存儲器確定可以到達(dá)22/20nm節(jié)點(diǎn)制程。但是通過尺寸縮小以追求器件性能的提升無疑已經(jīng)接近極限,在物理級和工程級都出現(xiàn)了不同的問題,于是人們將注意力轉(zhuǎn)移到了新興的替代存儲技術(shù)上。鐵電電容型隨機(jī)存儲器作為一種新興的存儲技術(shù),因其低功耗和高速隨機(jī)讀寫特性,自發(fā)明之初就一直備受關(guān)注

2、。但是歷經(jīng)20多年的發(fā)展,仍然無法實(shí)現(xiàn)理想的大容量存儲。金屬-鐵電-絕緣層-半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)單晶體管鐵電存儲器的提出為實(shí)現(xiàn)大容量存儲帶來了新的希望,但是鐵電晶體管一直以來都受到短時保持問題的困擾,無法實(shí)現(xiàn)極化態(tài)的長時間保持,也就根本無法實(shí)現(xiàn)在長時非易失性存儲器中的應(yīng)用。
　　本文中嘗試以Pt為電極,SBT為鐵電層,HfTaO為絕緣層,Si為半導(dǎo)體襯底制備金屬-鐵電-絕緣層-半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的鐵電晶體管,希望藉由HfTaO的高性能膜質(zhì)量提高的保

3、持性,通過可靠性測試發(fā)現(xiàn),具有Pt/SBT/HfTaO/Si結(jié)構(gòu)的鐵電晶體管具有良好的電學(xué)穩(wěn)定性。
　　晶體管的存儲窗口可以達(dá)到0.9V,而且開關(guān)狀態(tài)下的漏極電流比例高達(dá)107。在經(jīng)歷2×1011次重復(fù)反轉(zhuǎn)后,轉(zhuǎn)移特性幾乎保持不變。以幅值10V,1μs寬的電壓脈沖進(jìn)行編程,可以分別得到10-5A和10-11A的開關(guān)漏極電流。在24小時的測量時間內(nèi),開關(guān)電流變化非常細(xì)微,而且開關(guān)態(tài)電流比可以保持在105以上。經(jīng)過2×106次反轉(zhuǎn)后,

4、開啟狀態(tài)和關(guān)閉狀態(tài)的閾值電壓差為1.1V。經(jīng)過2×1011次反轉(zhuǎn)后,閾值電壓差值下降到0.9V。
　　在鐵電晶體管存儲單元NAND Flash ROM思想的引導(dǎo)下,繼續(xù)探討了鐵電晶體管存儲單元的NOR Flash ROM的可行性。接著又在NOR的基礎(chǔ)上提出了新的存儲單元布局布線結(jié)構(gòu),也就是雙位線結(jié)構(gòu),具備了同步雙向隨機(jī)讀寫功能,可以作為隨機(jī)存儲器FeDRAM,靈活的編程方式為成功實(shí)現(xiàn)對FeDRAM存儲單元鐵電晶體管的刷新奠定了基礎(chǔ)