[發(fā)明專利]一種鐵電存儲(chǔ)器用鐵電薄膜電容及其制備方法

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200710168367.4
• 申請(qǐng)日: 2007-11-16
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN101159271A
• 公開(kāi)（公告）日: 2008-04-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 于軍;李佳;李建軍;楊斌;王耘波;高俊雄;周文利
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 華中科技大學(xué)
• 主分類號(hào): H01L27/115
• 分類號(hào): H01L27/115;H01L21/02
• 代理公司: 華中科技大學(xué)專利中心
• 代理人: 曹葆青

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于鐵電存儲(chǔ)器技術(shù)，具體涉及一種鐵電存儲(chǔ)器用鐵電薄膜電容及其制備方法。

背景技術(shù)

鐵電存儲(chǔ)器(FeRAM)與傳統(tǒng)的半導(dǎo)體存儲(chǔ)器相比有許多突出的優(yōu)點(diǎn)，具有廣闊的應(yīng)用前景和巨大的經(jīng)濟(jì)效益。以Bi₄Ti₃O₁₂(BTO)為代表的含鉍層鈣鈦礦結(jié)構(gòu)鐵電薄膜有望取代含鉛的PZT薄膜成為鐵電存儲(chǔ)器用材料。其中，摻雜Nd元素的Bi₄Ti₃O₁₂(BNT)鐵電薄膜由于具有較高的剩余極化值、好的抗疲勞特性等優(yōu)點(diǎn)成為最受關(guān)注的存儲(chǔ)器用材料之一。

Di?Wu[Di?Wu，Aidong?Li，Naiben?Ming.Structure?and?electrical?propertiesof?Bi_3.15Nd_0.85Ti₃O₁₂?ferroelectric?thin?films.J.Appl.Phys.，2004，95(8)4275-4281.]等人在Pt/Ti/SiO₂/Si襯底上制備了BNT薄膜，其c軸取向度高，剩余極化值偏小。Bi₄Ti₃O₁₂的鐵電性能與取向有密切的關(guān)系，其沿著c軸的自發(fā)極化遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于沿著a軸的。由于Bi₄Ti₃O₁₂薄膜易于沿c軸方向生長(zhǎng)，因此制備高度非c軸取向的Bi₄Ti₃O₁₂薄膜具有特別的意義。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供鐵電存儲(chǔ)器用鐵電薄膜電容，該鐵電薄膜電容具有更好的鐵電性能和更為致密的表面形貌；本發(fā)明還提供了該鐵電薄膜電容的制備方法。

本發(fā)明提供的鐵電存儲(chǔ)器用鐵電薄膜電容，依次包括硅基底、二氧化硅阻擋層、二氧化鈦粘結(jié)層、底電極金屬層、鐵電薄膜層和頂電極金屬層；其特征在于：在底電極金屬層與鐵電薄膜層之間還設(shè)置有緩沖層，緩沖層的材料為T(mén)iO₂，厚度為10-30nm。

本發(fā)明提供的制備上述鐵電存儲(chǔ)器用鐵電薄膜電容方法，其步驟包括：

①將硅基底進(jìn)行表面處理和清洗；

②采用熱氧化法，在硅基底表面生成二氧化硅阻擋層；

③在二氧化硅阻擋層上制備二氧化鈦粘結(jié)層；

④在二氧化鈦粘結(jié)層上制備底電極金屬層；

⑤采用磁控濺射法在底電極金屬層上制備10-30nm厚度的TiO₂緩沖層，濺射工藝條件為：濺射氣壓1～3Pa，濺射基片溫度為200-400℃，濺射氣氛為O₂和Ar的混合氣體；

⑥采用溶膠-凝膠法在TiO₂緩沖層上制備配置鐵電薄膜層；

⑦對(duì)鐵電薄膜層進(jìn)行退火處理；

⑧采用磁控濺射法在鐵電薄膜層上制備頂電極金屬層，制得鐵電薄膜電容。

為了提高具有金屬Pt/BNT/金屬Pt(MFM)結(jié)構(gòu)的BNT鐵電電容的鐵電性能，本發(fā)明采用制備TiO₂緩沖層5的方法來(lái)改變Bi₄Ti₃O₁₂薄膜的取向，從而達(dá)到提高鐵電性能的目的。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：

(1)本發(fā)明制備的BNT鐵電薄膜非c軸取向度高，剩余極化值大。

(2)本發(fā)明BNT鐵電薄膜電容結(jié)晶性能良好、表面致密均勻、且具有較好的疲勞特性及漏電流特性。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明鐵電薄膜電容的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為在Pt/Ti/SiO₂/Si襯底上直接沉積和具有TiO₂緩沖層5的BNT薄膜的XRD圖；其中(a)直接沉積在Pt/Ti/SiO₂/Si襯底上；(b)具有TiO₂緩沖層5；

圖3為在Pt/Ti/SiO₂/Si襯底上直接沉積和具有TiO₂緩沖層5的BNT薄膜的FE-SEM表面形貌圖；(a)直接沉積在Pt/Ti/SiO₂/Si襯底上；(b)具有TiO₂緩沖層5；