基于Zr摻雜HfO₂（HZO）材料的鐵電存儲(chǔ)器有望通過(guò)后道工藝進(jìn)行大規(guī)模陣列集成，但仍存在兩個(gè)關(guān)鍵的優(yōu)化問(wèn)題：一方面，HZO的最佳退火溫度仍高于后道工藝的熱預(yù)算限制（為保證前道工藝制備的晶體管及互聯(lián)金屬的可靠性，通常后道工藝的熱預(yù)算通常被限制在400℃以下）；另一方面，對(duì)于器件在先進(jìn)工藝節(jié)點(diǎn)中的應(yīng)用，以及降低器件的寫(xiě)操作功耗，需要降低HZO鐵電器件的操作電壓。

團(tuán)隊(duì)通過(guò)預(yù)結(jié)晶工程，以及對(duì)TiN底電極進(jìn)行預(yù)氧化處理，實(shí)現(xiàn)了小于8nm膜厚尺度的HZO鐵電電容器制備，器件最低可以在300℃下退火，且沒(méi)有表現(xiàn)出明顯的剩余極化強(qiáng)度退化或喚醒效應(yīng)，器件的操作電壓可以降低至2V以下。優(yōu)化后的器件通過(guò)后道工藝，實(shí)現(xiàn)了基于130nm CMOS技術(shù)的256Kbit 1T1C結(jié)構(gòu)FeRAM芯片集成。由于退火溫度的降低，芯片表現(xiàn)出100%的初始良率。器件的耐久性超過(guò)1012，可實(shí)現(xiàn)超過(guò)10年的數(shù)據(jù)保持，且在2V操作電壓下芯片的功耗被降低至0.7pJ/bit。

上述成果以題“A 256 Kbit Hf0.5Zr0.5O2-based FeRAM Chip with Scaled Film Thickness (sub 8nm), Low Thermal Budget (350℃), 100% Initial Chip Yield, Low Power Consumption (0.7 pJ/bit at 2V write voltage), and Prominent Endurance (>1012)”入選2023 IEDM。微電子所姜鵬飛助理研究員為第一作者，微電子所羅慶研究員和楊建國(guó)副研究員為通訊作者。研究工作獲得基金委“后摩爾”重大專項(xiàng)重點(diǎn)支持項(xiàng)目和國(guó)家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目等的支持。