应用于非破坏性读出铁电存储器的MFISFET制备及其特性.pdf

维普资讯 第 23卷第 3期 半 导 体 学 报 Vo1．23，No．3 2002年 3月 CHINESEJOURNALOF M 8r．．2002 应用于非破坏性读出铁电存储器的 MFISFET制备及其特性 颜 雷 林殷茵 汤庭鳌 黄维宁 姜国宝 (复且大学徽电子所 ASIC和系统国家重点实验室，上海 200433) 摘要；将 ZrO：和PZT的soI一 1薄膜制备技术应用刭非破坏性读出铁电存储器中，制作出应用AI／PZT／ZrOjp—Si 结构的MFIS电容和单管MFISFET．研究了MFIS电容的界面和存储窗口特性，结果表明ZrO2介质阻挡层和Si 衬底以及PZT的附着 良好，在士5v测试电压、1MHz测试频率下，存储窗 口电压为2．6V左右，与相应的铁电薄膜 的正、负矫顽电压差值的比为0．8．对于宽长比为 5。0}r‘II／5O}r‘II器件，采用栅极与源报、磊极写入方式-~10V时在 写入电压下得到理想的输入一输出特性，小尺寸的4Om／8}r‘II器件在土5V写入电压下特性较好． 关■词：MF(I)S铁电存储器，不挥发铁电存储器，不挥发非破坏性读出，铁电薄膜 EEACCl2860}26101： 中圈分类号 ITN432fTN384 文t标识码：A 文章■号：0253—4177(2002)03-0301—04 成为集成铁 电学领域新的研究热点．但迄今为止，还 1 引言 没有实用的NDRO铁 电存储器研翻成功，国际上还 处于存储单元特性研究、关键工艺技术攻关阶段口]． 非破坏性读出(NDRo)铁电存储器是采用铁 电 本文将 zro：与PZT的sol—gel制备技术应用 材料作为晶体管的栅介质，铁电材料的极化状态将 于MFISFET器件的制作中，并且对它们的特性进 对源、满间的电流起调制作用，依靠 电流明显的变化 行 了测试分析．在器件 尺寸 比较小 (宽长 比为 来读、写信息0]．NDRO铁 电存储器具有非挥发性 40呷 ／8m)的情况下得到了比较好的输入一输出特 和抗辐射性，功耗低，写操作次数高，可达 100亿次， 性；在器件尺寸比较太的情况下，得到了比较理想的 不必重写，不需反转，不易疲劳等特点，因而读操作 MFISFET输入一输出特性曲线． 次数高，不需增加读出后使状态返回的电路，因此可 以做到器件结构更加简单，体积更小，集成度更 2 Al／PZT／Zr02／P—Si结构 的 MFIS 高 ]．但是，铁电材料与半导体材料直接接触时会 FET器件制备工艺和测试方法 产生界面效应而使器件失效，这一问题长期 以来没 有得到解决．90年代以来 ，这方面的研究取得 了进 选用电阻率为6~8fl ·cm 的P型(100)Si为村 展，一方面采用非氧化物铁 电体氟化钡镁(BaMgF．) 底片，采用 sol—gel方法制备ZrO 介质层和PZT铁 制作MFSFET的船极材料 以克服其界面态 J，或 电薄膜，最后蒸发Al作为布线和背电极，整个翻备 是改进工艺条件抑制界面反应，如用LiNbO。制作 工艺如 图1所示． 栅极材料并获得了读、写性能 ]，另一方面在铁 电层 首先P扩散 ，制备S、D有源区，如图 1(a)所示 ； 和半导体材料之间插入阻挡层介质以形成MFIS结 而后在衬底片上旋涂质量百分比为 3．5 的丙醇锆 构来克服界面效应口]．自此，NDRO铁电存储技术 的二一甲氧基 乙醇 ，转速为 3000r／min，将片子经过 *国家 自然