[發(fā)明專利]鐵電存儲(chǔ)器用鐵電薄膜的紫外光輔助制備方法

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200810236930.1
• 申請(qǐng)日: 2008-12-19
• 公開（公告）號(hào): CN101436532A
• 公開（公告）日: 2009-05-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 于軍;李建軍;王耘波;周文利;高俊雄;聞心怡;吳云翼;周光惺
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 華中科技大學(xué)
• 主分類號(hào): H01L21/02
• 分類號(hào): H01L21/02;H01L21/316;H01L21/8247
• 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)明屬微電子信息功能材料與器件領(lǐng)域，涉及一種鐵電存儲(chǔ)器用鐵電薄膜的紫外光輔助低溫Sol-Gel(溶膠-凝膠)制備方法。

背景技術(shù)

鐵電薄膜材料是一種重要的信息存儲(chǔ)薄膜材料，具有自發(fā)極化，且自發(fā)極化的取向能隨外加電場(chǎng)的改變而改變，厚度在數(shù)十納米到數(shù)微米，特別適合于非易失性鐵電存儲(chǔ)器(FeRAM)方面的應(yīng)用，因而具有廣闊的應(yīng)用前景和巨大的經(jīng)濟(jì)效益。目前，最受關(guān)注的存儲(chǔ)器用材料是Pb(Zr，Ti)O₃(PZT)鐵電薄膜材料。

然而，制備PZT(鋯鈦酸鉛)薄膜需要650～700℃的退火溫度。就目前實(shí)用化的FeRAM技術(shù)需要復(fù)雜的阻擋層技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)高溫制備。但是高溫處理和阻擋層會(huì)降低存儲(chǔ)器密度，甚至導(dǎo)致器件功能失效，而限制了與傳統(tǒng)的Si半導(dǎo)體工藝兼容。[[1]Scott?J.F.，Paz?de?Araujo?C.A.，F(xiàn)erroelectric?memories，Science，1989，246，1400.[2]Kim?K.，LeeS.Y.，Integrated?of?lead?zirconium?titanate?thin?films?for?highdensity?ferroelectric?random?access?memory，J.Appl.Phys.，2006，100，051604.[3]Eshita?T.，F(xiàn)RAM?Reliability?Issues?and?Improvementfor?Advanced?FeRAM，ISIF2005?shahghai，2005，4，23]

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，提供一種鐵電存儲(chǔ)器用鐵電薄膜的紫外光輔助制備方法，該方法與現(xiàn)有的Si半導(dǎo)體工藝兼容，所制備的鐵電薄膜具有良好的鐵電性能，且結(jié)晶溫度低。

本發(fā)明提供的鐵電存儲(chǔ)器用鐵電薄膜的紫外光輔助制備方法，其步驟包括：

(1)將前驅(qū)體溶液滴于Pt/TiO₂/SiO₂/Si襯底上，進(jìn)行勻膠，得到濕膜，該前驅(qū)體溶液中Pb_1.06-1.1Zr_0.3Ti_0.7O₃的濃度為0.1～0.3mol/l；所述Pt/TiO₂/SiO₂/Si襯底依次由硅基底Si、二氧化硅阻擋層SiO₂、二氧化鈦粘結(jié)層TiO₂和電極Pt金屬層構(gòu)成，其中二氧化硅阻擋層的厚度為100～600nm，二氧化鈦粘結(jié)層的厚度為10～30nm，電極Pt金屬層的厚度為100nm～200nm；

(2)將所形成的濕膜進(jìn)行烘烤，接著停止烘烤并輔以均勻紫外光輻照，然后再烘烤并輔以均勻紫外光輻照；

(3)將步驟(2)所形成的薄膜進(jìn)行熱解處理；

(4)重復(fù)(1)-步驟(3)直至獲得所需厚度的薄膜；

(5)將步驟(4)所形成的薄膜進(jìn)行退火處理，得到PZT鐵電薄膜。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，步驟(2)中，烘烤溫度為100～150℃，先烘烤10～15分鐘，接著停止烘烤5～10分鐘并輔以紫外光輻照，然后再烘烤15～20分鐘并輔以紫外光輻照，紫外光強(qiáng)度為10～15mW/cm²。步驟(3)中，熱解溫度為300～350℃，時(shí)間為20～30分鐘。步驟(5)的退火條件為：退火溫度為550～600℃，退火時(shí)間為10～20分鐘，退火氣氛為空氣。

為了降低鐵電薄膜的制備溫度同時(shí)保證鐵電性能，本發(fā)明利用紫外光光解作用產(chǎn)生O₃，與前驅(qū)薄膜作用后產(chǎn)生具有活性的原子氧，促進(jìn)了薄膜中有機(jī)成分的熱解，有利于薄膜在較低溫度晶化，從而實(shí)現(xiàn)低溫制備鐵電薄膜，并在一定程度保持或提高了薄膜鐵電性能。與現(xiàn)有高溫制備方法相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：

(1)所需結(jié)晶溫度低，與現(xiàn)有的Si半導(dǎo)體工藝兼容性好；

(2)本發(fā)明PZT鐵電薄膜結(jié)晶性能良好、表面致密均勻，與常用650～700℃晶化的PZT薄膜相比，具有適合鐵電存儲(chǔ)器用的剩余極化值，以及更好的疲勞特性和更小的漏電流。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明紫外光輔助低溫Sol-Gel方法制備的鐵電存儲(chǔ)器用鐵電薄膜熱解后的傅立葉紅外光譜。

圖2為本發(fā)明紫外光輔助低溫Sol-Gel方法制備的鐵電存儲(chǔ)器用鐵電薄膜的XRD衍射圖。