[發明專利]鐵電存儲器用柱狀摻釹鈦酸鉍鐵電薄膜的制備方法

無效

• 申請號: 200710168369.3
• 申請日: 2007-11-16
• 公開（公告）號: CN101168488A
• 公開（公告）日: 2008-04-30
• 發明（設計）人: 于軍;楊斌;鄭朝丹;李佳;王耘波;高俊雄;周文利
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: C04B41/50
• 分類號: C04B41/50;C04B35/462;G11B9/02
• 代理公司: 華中科技大學專利中心
• 代理人: 曹葆青

技術領域

本發明屬于屬于微電子新材料與器件技術，具體涉及一種鐵電存儲器用柱狀摻釹鈦酸鉍鐵電薄膜的制備方法。

背景技術

鐵電隨機存儲器(FeRAM)與傳統的半導體存儲器相比有許多突出的優點，具有廣闊的應用前景和巨大的經濟效益。稀土元素釹Nd摻雜的鈦酸鉍是一種新型的用于FeRAM的鐵電材料，它具有較高的剩余極化強度和較好的抗疲勞特性。已有文獻報道了使用溶膠凝膠法對該材料的制備，其中，Lu?C.J.等人使用較高摩爾濃度的前軀體溶液，在傳統的退火方式(多層涂覆一次性退火，退火時升溫速度較慢)下，制得的薄膜晶粒數量多，晶粒尺寸小，同時還有需要氧氣氣氛、制備溫度較高的問題(約為750℃)。這一方面不利于薄膜電容器抗疲勞特性的提高，另一方面也不利于與現有CMOS工藝兼容。[Lu?C.J.，Liu?X.L.，Chen?X.Q.，Nie?C.J.，Rhun?G.，Senz?S.，HesseD.，Anisotropic?ferro-and?piezoelectric?properties?of?sol-gel-grownBi_3.15Nd_0.85Ti₃O₁₂?films?with?two?different?orientations?on?Pt/Ti/SiO₂/Si，Applied?Physics?Letters，89，062905]

發明內容

本發明的目的在于克服上述現有技術的不足之處，提供一種鐵電存儲器用柱狀摻釹鈦酸鉍鐵電薄膜的制備方法，利用該方法制備的鐵電薄膜晶粒呈柱狀，且尺寸較大，疲勞特性好，結晶溫度較低，無需氧氣氣氛，與現有CMOS工藝兼容。

為實現本發明的目的，本發明提供的鐵電存儲器用柱狀摻釹鈦酸鉍鐵電薄膜的制備方法，包括以下步驟：

(1)制備摩爾濃度為0.04～0.05摩爾/升的Bi_3.15Nd_0.85Ti₃O₁₂的前軀體溶液；

(2)采用具有Pt為底電極的p型(100)Si作為襯底，在襯底上旋轉涂覆一層前軀體溶液，勻膠速度為3500～4000轉/分，勻膠時間為30～35秒；

(3)烘烤涂覆有前軀體溶液的襯底，烘烤溫度為150～200℃，烘烤時間為5～10分鐘；

(4)進行熱解，熱解溫度為350～400℃，熱解時間為5～10分鐘，熱解后把薄膜樣品從管式爐中直接拿出，置于室溫、空氣環境中；

(5)待薄膜樣品冷卻至室溫后，將其直接放入已升溫至645～655℃的管式爐中，在空氣氣氛下進行退火，退火時間為5～10分鐘；

(6)重復步驟(2)-步驟(5)直至獲得所需厚度的薄膜；

(7)將薄膜樣品放入管式爐中，在空氣氣氛下，隨爐從室溫升溫退火，升溫速度為2～10℃/分鐘，退火溫度為645～655℃，退火時間為20～30分鐘，得到柱狀摻釹鈦酸鉍鐵電薄膜。

所述步驟(1)包括下列各步：

(1.1)將鈦酸四正丁酯溶解于乙二醇獨甲醚、乙酰丙酮、冰醋酸的混合溶液中，在室溫下攪拌至溶液澄清；

(1.2)將五水硝酸鉍Bi(NO₃)₃·5H₂O、六水硝酸釹Nd(NO₃)₃·6H₂O按摩爾比3.25∶0.85溶解于乙二醇獨甲醚中，在室溫下攪拌至溶液澄清；

(1.3)將步驟(1.2)所得溶液加入到步驟(1.1)所得溶液中，在室溫下攪拌，得到混合溶液；

(1.4)過濾混合溶液，并加入適量乙二醇獨甲醚，得到摩爾濃度為0.04～0.05摩爾/升的前軀體溶液。

所述步驟(1.1)包括下列各步：

(1.1.1)分別量取與所需鈦酸四正丁酯等摩爾量的乙酰丙酮和冰醋酸，并加入體積為乙酰丙酮體積8～10倍的乙二醇獨甲醚，在室溫條件下攪拌至溶液澄清；

(1.1.2)稱取所需鈦酸四正丁酯，并溶解于步驟(1.1.1)所得溶劑中，在室溫條件下攪拌至溶液澄清；

所述步驟(1.2)中所需乙二醇獨甲醚的體積為步驟(1.1.1)中所述乙二醇獨甲醚的2～2.1倍。

本發明的有益效果是：